JP2024002028A - ロータリー式切換弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁座部材とケース部材の固定強度を高めることで、高圧冷媒に対しても気密性を十分に確保することができるロータリー式切換弁を得ることを目的とする。【解決手段】ロータリー式切換弁１００は、弁室１０ａを構成するケース部材１と、弁座面２０ａを有する弁座部材２と、主弁３と、副弁４と、駆動部５と、を備えている。ケース部材１と弁座部材２とは、全周に亘って連続して溶接される溶接固定部Ｂと、一方の雄ねじ部２０ｃと他方の雌ねじ部１０ｂとが螺合する螺合固定部Ａと、により互いに固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリー式切換弁に関する。

弁座部材およびケース部材を有した弁ハウジングと、主弁と、副弁と、駆動部と、を備えたロータリー式切換弁が知られており、ケース部材には弁室が形成されている。このロータリー式切換弁では、ケース部材の弁室の開口部に弁座部材が嵌合され、弁座部材のフランジ部をケース部材の下端に当接させるようにして、弁座部材がケース部材に取り付けられている。

特開２０２１－１２４１１９号公報

しかしながら、嵌合による固定だけでは弁座部材とケース部材との固定強度に限界があり、冷媒が高圧化された場合、弁座部材とケース部材との固定強度をさらに高める必要があるだけでなく、気密性も十分に確保する必要があった。

本発明の目的は、弁座部材とケース部材の固定強度を高めることで、高圧冷媒に対しても気密性を十分に確保することができるロータリー式切換弁を得ることにある。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明のロータリー式切換弁は、弁室を構成するケース部材と、前記弁室に開口する複数のポートが形成された弁座面を有する弁座部材と、前記弁室内にて前記弁座面に交差する中心軸まわりに回転可能に設けられる主弁と、前記中心軸まわりに回転可能に設けられて前記主弁の均圧孔を開閉する副弁と、前記副弁を回転駆動する駆動部と、を備えるロータリー式切換弁であって、前記ケース部材と前記弁座部材とは、全周に亘って連続して溶接される溶接固定部と、一方の雄ねじ部と他方の雌ねじ部とが螺合する螺合固定部と、により互いに固定されていることを特徴とする。

このような本発明によれば、ケース部材と弁座部材とを、溶接固定部と、螺合固定部と、により互いに固定することで、弁座部材とケース部材の固定強度を高めることができる。したがって、高圧冷媒に対しても気密性を十分に確保することができるロータリー式切換弁を得ることができる。

この際、前記弁座部材に前記雄ねじ部が設けられ、前記ケース部材に前記雌ねじ部が設けられ、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とは、前記中心軸の径方向に対向し、前記弁座部材と前記ケース部材とを、前記中心軸を中心として相対回転させることで、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが螺合することが好ましい。

また、前記弁座部材に前記雌ねじ部が設けられ、前記ケース部材に前記雄ねじ部が設けられ、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とは、前記中心軸の径方向に対向し、前記弁座部材と前記ケース部材とを、前記中心軸を中心として相対回転させることで、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが螺合するようにしてもよい。

また、前記溶接固定部の近傍には、前記ケース部材と前記弁座部材とを径方向に位置決めする芯出し部が設けられていることが好ましい。このような構成によれば、ケース部材と弁座部材とを固定する際に、溶接固定部に近傍に設けられた芯出し部によって、ケース部材と弁座部材とが径方向に位置決めされることとなるので、ケース部材と弁座部材の固定時の芯ずれを防止し、主弁におけるポートの切換動作を安定して行うことができる。このように、螺合固定部で各ねじ部を螺合させながら芯出し部により芯出しをし、ケース部材と弁座部材とを溶接することで、主弁におけるポートの切換動作の安定性を維持しつつ、弁座部材とケース部材の疲労耐久力を向上し、ロータリー式切換弁の耐圧性能を向上することができる。

また、前記芯出し部には、前記径方向のクリアランスである第一クリアランスが設けられ、前記第一クリアランスは、前記ケース部材と前記中心軸との前記径方向のクリアランスである第二クリアランス、および前記弁座部材と前記中心軸との前記径方向のクリアランスである第三クリアランスよりも小さく設定されていることが好ましい。このような構成によれば、芯出し部の第一クリアランスが、第二クリアランスや第三クリアランスよりも小さく設定されていることで、ケース部材に対する中心軸の芯出しの精度よりもさらに高い精度で、ケース部材に対する弁座部材の芯出しを行うことができる。

また、前記溶接固定部は、前記弁座部材の前記弁座面よりも前記中心軸の軸方向の一方側に離れた位置、かつ、前記ケース部材に設けられ前記弁座面に対向する対向面よりも前記軸方向の他方側に離れた位置に設けられていることが好ましい。このような構成によれば、弁座面と対向面との軸方向中間部に溶接固定部を配置することとなるので、高圧による応力が集中しやすい弁座面付近から溶接固定部を離し、当該溶接固定部に応力が集中することを避けることができる。したがって、溶接固定部が弁座面近傍に設けられる構成と比較して、溶接固定部の疲労耐久力を向上し、ロータリー式切換弁の耐圧性能を向上することができる。

また、前記溶接固定部は、前記弁座部材の前記弁座面から前記ケース部材の前記対向面までの距離を離間距離とした場合、前記弁座面から前記軸方向に前記離間距離の５％以上離れた位置に設けられていることが好ましい。

また、前記弁座面は平面視円形に形成され、前記溶接固定部は、前記弁座面に対し、前記軸方向に前記弁座面の直径の４％以上離れた位置に設けられていることが好ましい。

本発明によれば、弁座部材とケース部材の固定強度を高めることで、高圧冷媒に対しても気密性を十分に確保することができるロータリー式切換弁を得ることができる。

本発明の一実施形態に係るロータリー式切換弁の組立断面図。 図１における領域ａの部分拡大図。 第二実施形態に係るロータリー式切換弁の組立断面図。 図３における領域ｂの部分拡大図。 第三実施形態に係るロータリー式切換弁の組立断面図。 図５における領域ｃの部分拡大図。 第三実施形態の変形例におけるロータリー式切換弁の部分拡大図。 （Ａ）は、冷房運転時の状態を示す冷凍サイクルシステムの概略図であり、（Ｂ）は、暖房運転時の状態を示す冷凍サイクルシステムの概略図。

以下、本発明の実施形態を図１、２および図８に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るロータリー式切換弁１００の組立断面図である。図２は、図１における領域ａの部分拡大図である。図８（Ａ）は、冷房運転時の状態を示す冷凍サイクルシステムの概略図であり、図８（Ｂ）は、暖房運転時の状態を示す冷凍サイクルシステムの概略図である。

なお、図面において、矢印Ｘ、矢印Ｙは、互いに直交する方向であり、矢印Ｘをケース部材１および中心軸６の軸線方向とし、「軸線Ｘ方向」と記す。また、軸線Ｘ方向の一方側を「上側Ｘ１」とし、他方側を「下側Ｘ２」と記す。また、軸線Ｘに交差する方向を矢印Ｙで示し、「径方向Ｙ」と記す。そして、特に径方向Ｙにおいて中心軸６のある側を「内側」とし、内径側の反対側を「外側」とする。これは、あくまでも説明の便宜のためであり、必ずしもロータリー式切換弁１００の実際の使用状態における方向と一致するとは限らず、ロータリー式切換弁１００の実際の使用状態における方向を限定するものではない。

ロータリー式切換弁１００は、ケース部材１と、弁座部材２と、主弁３と、副弁４と、駆動部５と、中心軸６と、を備えている。ケース部材１は、軸線Ｘ方向に延びる筒状の第一円筒部１０と、第一円筒部１０に連続し第一円筒部１０よりも縮径した有底筒状の第二円筒部１１と、を備え、主弁３、副弁４、駆動部５、中心軸６を収容している。第一円筒部１０の内部は、弁室１０ａを構成している。第一円筒部１０の下側Ｘ２に位置する開口端縁近傍の内周面には、全周に亘って雌ねじ部１０ｂが形成されている。

雌ねじ部１０ｂは、後述する弁座部材２の弁座部２０に形成される雄ねじ部２０ｃに螺合する部分であり、この雄ねじ部２０ｃとともに、螺合固定部Ａを構成している。第二円筒部１１の内部は、主に駆動部５等を収容する収容部１１ａを構成している。第二円筒部１１の天井部の内周面中央には、軸線Ｘと同軸に形成された第一軸受溝１１ｂが形成されている。第一軸受溝１１ｂは、後述する中心軸６の上側部分６ａの上端部を収容する溝であり、下側Ｘ２に向かって開口している。

弁座部材２は、円柱状の弁座部２０と、弁座部２０の下側Ｘ２の端部に全周に亘って形成されたフランジ部２１と、を備えている。弁座部２０の上面は、径方向Ｙに延びて主弁３に対向する平面視円形の弁座面２０ａを構成しており、この弁座面２０ａには、図８に示すように、弁室１０ａに開口する４個のポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅが設けられている。各ポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅは、それぞれ９０°離間する位置に開口している。

４個のポートは、弁室１０ａと圧縮機Ｐの冷媒の吐出側に連通されるＤポート２０Ｄと、圧縮機Ｐの冷媒の吸入側に連通されるＳポート２０Ｓと、室外熱交換器６０側に連通されるＣ切換ポート２０Ｃと、室内熱交換器８０側に連通されるＥ切換ポート２０Ｅと、で構成されている。各ポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅには、それぞれ継手管８（図１にのみ図示）が接続されて冷媒の流路を構成している。

弁座部２０の中央には、軸線Ｘと同軸の第二軸受溝２０ｂが形成されている。第二軸受溝２０ｂは、後述する中心軸６の下側部分６ｂの下端部を収容する溝であり、上側Ｘ１に向かって弁座面２０ａに開口している。

弁座部２０の外周面には、前記雌ねじ部１０ｂと径方向Ｙに対向するように全周に亘って雄ねじ部２０ｃが形成されている。雄ねじ部２０ｃは、上述のとおり、雌ねじ部１０ｂとともに、螺合固定部Ａを構成している。これにより、ケース部材１と弁座部材２とを軸線Ｘを中心として相対回転させることで、雄ねじ部２０ｃと雌ねじ部１０ｂとが螺合し、これによって、弁座部材２がケース部材１に固定されている。そして、フランジ部２１は、上面が第一円筒部１０の下端面に接触するように構成されており、この接触した部分は、互いに全周に亘って連続して溶接される溶接固定部Ｂを構成している。溶接固定部Ｂは、螺合固定部Ａと、軸線Ｘ方向にずれて隣り合う位置に設けられている。

このように、ケース部材１と弁座部材２とは、全周に亘って連続して溶接される溶接固定部Ｂと、雄ねじ部２０ｃと雌ねじ部１０ｂとが螺合する螺合固定部Ａと、により互いに固定されている。なお、本実施形態では、螺合固定部Ａの雌ねじ部１０ｂは、ケース部材１に設けられ、雄ねじ部２０ｃは、弁座部材２に設けられているが、雌ねじ部１０ｂと雄ねじ部２０ｃの構成はこれに限られない。例えば、第一円筒部１０の外周面に雄ねじ部を形成し、雄ねじ部に螺合する雌ねじ部を弁座部材２に形成してもよい。すなわち、弁座部材２に雌ねじ部が設けられ、ケース部材１に雄ねじ部が設けられるようにしてもよい。

主弁３は、樹脂で形成された部材であり、ケース部材１の内部で中心軸６まわりに回転可能および軸線Ｘ方向に変位可能に設けられている。図１に示すように、主弁３は、椀部３０と、椀部３０に連続して上側Ｘ１に延びる円柱状のピストン部３１と、を備えている。椀部３０には、弁座面２０ａに向かって開口する低圧流路３０Ｌおよび高圧流路３０Ｈと、低圧流路３０Ｌの天井から収容部１１ａに連通する均圧孔３０ａと、が形成されている。

低圧流路３０Ｌは、上述のポート各ポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅのうち隣り合う２個のポートを連通させる弁通路であり、中心軸６を挟んで高圧流路３０Ｈと対向して設けられている。この低圧流路３０Ｌには、その開口端縁から下側Ｘ２に向かって突出するリブ３２が設けられており、リブ３２の下端面はシール面３２ａを構成している。図１に示すように、シール面３２ａは、弁座面２０ａに摺接可能となっており、シール面３２ａと弁座面２０ａと、で囲まれて弁室１０ａと隔てられた空間によって上述の４個のポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅのうち２個が連通されるようになっている。

低圧流路３０Ｌには、その径方向Ｙ内側の壁から径方向Ｙ外側の壁に亘って補強部材７が設置されている。補強部材７は、主弁３内外の圧力差による応力により、低圧流路３０Ｌが変形することを防止するための部材であり、金属材料や、樹脂等の材料で棒状に形成され、圧入等によって低圧流路３０Ｌ内に固定されている。

高圧流路３０Ｈは、各ポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅのうち、隣り合う２個のポートを連通させる弁通路である。図１に示すように、高圧流路３０Ｈの径方向Ｙ外側の壁には、図における断面視で径方向Ｙ内側に向かって切欠き部３０Ｈ１が形成されている。これにより、高圧流路３０Ｈは、弁室１０ａと隔てられない常時開放した空間となっている。

椀部３０の底面には、下側Ｘ２に突出する一対の摺動リブ３０ｂが形成されている。摺動リブ３０ｂは、図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、椀部３０の底面において高圧流路３０Ｈが形成される側の半円部に、周方向に間隔をあけて形成されている。

ピストン部３１は、図１に示すように、その周囲にピストンリングＲを嵌め込むように形成されており、ピストンリングＲは、主弁３が軸線Ｘ方向に変位する際に第二円筒部１１の内周面に摺接するようになっている。ピストン部３１の中心部には、上側Ｘ１に開口する円筒状の凹部が形成されており、この凹部は、副弁４を収容する副弁収容室３１ａを構成している。

副弁収容室３１ａの底面には、主弁側クラッチ部３３が形成されている。主弁側クラッチ部３３は、上側Ｘ１に凸となり中心軸６まわりの周上で周方向に等しい間隔をあけて３個形成された主弁凸部３３ａにより構成されている。各主弁凸部３３ａは、中心軸６まわりの断面形状が台形状であり、中心軸６まわりの左右両端部がそれぞれ、上側Ｘ１に向かうほど互いに近づく方向に傾斜するテーパ面となっている。これら主弁凸部３３ａのうち、１個には、上述の均圧孔３０ａの上側Ｘ１の端部が開口している。この均圧孔３０ａが開口する主弁凸部３３ａの上面は、後述する副弁凸部４２ａの下端面に接するように構成されている。

副弁収容室３１ａの底面中央部は、中心軸６の軸受部を構成し、この軸受部の中心には、軸線Ｘ方向に沿って椀部３０の下端部まで貫通する軸挿入孔３ａが形成されている。軸挿入孔３ａには、中心軸６の後述する下側部分６ｂが挿入されており、これによって、後述する主弁ストッパ９に当接する第一切換位置（切換位置、図８（Ａ）が示す位置）と、第二切換位置（切換位置、図８（Ｂ）が示す位置）と、の間で、主弁３が中心軸６まわりに回転可能および軸線Ｘ方向に変位可能に支持されている。

副弁４は、金属で形成された部材であり、主弁３と同様に、中心軸６まわりに回転可能および軸線Ｘ方向に変位可能に設けられている。図１に示すように、副弁４は、副弁収容室３１ａに収容される略円板状のフランジ部４０と、フランジ部４０の中央に形成され軸線Ｘ方向に延びるボス部４１と、を備えている。フランジ部４０の周方向略半分の部分には、他の部分よりも径方向Ｙ外側に突出した拡径部４０ａが形成されており、拡径部４０ａの周方向一端部は、上述の副弁ストッパ３１ａ１のうちの一方に当接し、拡径部４０ａの周方向他端部は、副弁ストッパ３１ａ１のうち他方に当接するように構成されている。

具体的には、拡径部４０ａの周方向一端部または周方向他端部は、上述の主弁３が第一切換位置または第二切換位置で主弁ストッパ９に当接し回転を規制された状態で、副弁４が中心軸６まわりに回転した際に、上述の副弁ストッパ３１ａ１に当接するようになっている。そして、この当接によって副弁４の中心軸６まわりの回転が規制されるようになっている。

フランジ部４０の下面には、副弁側クラッチ部４２が形成されている。副弁側クラッチ部４２は、主弁凸部３３ａと同一円周上で下側Ｘ２に凸となり、中心軸６まわりの周上で周方向に等しい間隔をあけて３個形成された副弁凸部４２ａにより構成されている。一の副弁凸部４２ａと、他の副弁凸部４２ａと、の間には、上述の主弁凸部３３ａの１個が位置することができるようになっており、これによって、上述の主弁側クラッチ部３３と副弁側クラッチ部４２とが互いに噛み合うようになっている。副弁凸部４２ａは、中心軸６まわりの断面形状が台形状であり、中心軸６まわりの左右両端部がそれぞれ、下側Ｘ２に向かうほど互いに近づく方向に傾斜するテーパ面となっている。

副弁凸部４２ａ下端面は、上述のとおり主弁凸部３３ａの上面に接するように構成されており、この接した状態で、上述の均圧孔３０ａを閉状態とするように構成されている。フランジ部４０の下面において、一の副弁凸部４２ａと、他の副弁凸部４２ａと、の間には、均圧孔３０ａと連通可能な、不図示の均圧流路が形成されている。このため、副弁凸部４２ａの下面が均圧孔３０ａを閉じた状態では、高圧の弁室１０ａと低圧の低圧流路３０Ｌ内と、が区画されることとなるが、均圧流路と均圧孔３０ａが連通した状態では、主弁３の外部の上側Ｘ１の流体の圧力が低圧流路３０Ｌ内（低圧側）へ逃げることで、主弁３の上側Ｘ１と、低圧流路３０Ｌと、の圧力が均一となる。

ボス部４１には、その中心に上側Ｘ１に開口する角孔４１ａが形成されている。角孔４１ａは、副弁４と、後述するウォームホイール５０と、が互いに中心軸６まわりの回転力を伝達可能な部分であり、ウォームホイール５０のカム部５０ａを嵌め込み可能に形成されている。角孔４１ａの底部の中心には、軸線Ｘ方向に沿ってフランジ部４０の下端まで貫通する軸挿入孔４ａが形成されている。軸挿入孔４ａには、中心軸６の後述する上側部分６ａが挿入されており、これによって副弁４が中心軸６まわりに回転可能および軸線Ｘ方向に変位可能に支持されている。

駆動部５は、副弁４を回転駆動する部分であり、中心軸６に回転可能に配置されたウォームホイール５０と、ウォームホイール５０に歯合されたウォーム５１と、を有している。ウォームホイール５０は、下側Ｘ２に突出するカム部５０ａを有しており、カム部５０ａによって中心軸６に回転可能に配置されている。カム部５０ａは、副弁４の角孔４１ａに嵌合されている。これにより副弁４とウォームホイール５０とは、一体となり、共に協働して軸線Ｘまわりに回転するようになっている。そして、ウォームホイール５０と副弁４との間には、副弁４を下側Ｘ２に付勢するコイルばね５２が配置されている。ウォーム５１は、図示しないモータの駆動軸に固定され、軸まわりに回転駆動されるようになっている。

中心軸６は、軸線Ｘ方向に延びる主軸である。中心軸６は、ウォームホイール５０の中心部および副弁４の軸挿入孔４ａに挿通される上側部分６ａと、上側部分６ａよりも小径に形成され、主弁３の軸挿入孔３ａに挿通される下側部分６ｂと、を備えている。上側部分６ａの上端部には、円環状のリムをかしめることによりボール６ｃが固定されており、このボール６ｃを介して上側部分６ａの上端部が、上述の第一軸受溝１１ｂに嵌め込まれている。なお、図１においては、上側部分６ａの外周面と第一軸受溝１１ｂの内周面とは、当接しているように見えるが、この外周面と内周面との間には、径方向Ｙの隙間である第二クリアランスＳ２が設けられている。そして、下側部分６ｂの下端部は、上述の第二軸受溝２０ｂに嵌め込まれている。なお、図１においては、下側部分６ｂの外周面と第二軸受溝２０ｂの内周面とは、当接しているように見えるが、この外周面と内周面との間には、径方向Ｙの隙間である第三クリアランスＳ３が設けられている。上側部分６ａと下側部分６ｂとの連続部分には、ワッシャ６１が嵌め込まれており、このワッシャ６１を介して主弁３が上側Ｘ１に上昇する際の力が中心軸６に伝達されるようになっている。

次に、ロータリー式切換弁１００の組み立てについて図１の上下位置関係で説明する。ロータリー式切換弁１００を組み立てる際には、まず、弁座部材２に主弁３を置き、ワッシャ６１を主弁３に置く。次に、中心軸６をワッシャ６１と主弁３に挿入するとともに中心軸６の下端部を弁座部材２の第二軸受溝２０ｂに挿入する。次に、副弁４を中心軸６に挿入後、コイルばね５２を副弁４に挿入する。次に、ウォームホイール５０を中心軸６に挿入するとともに副弁４の角孔４１ａにウォームホイール５０のカム部５０ａを嵌合させる。これにより、ウォームホイール５０、副弁４、主弁３、中心軸６が一体となる。

その後、上述の螺合固定部Ａと溶接固定部Ｂとにより、弁座部材２をケース部材１に固定する。具体的には、弁座部材２の雄ねじ部２０ｃを、ケース部材１の雌ねじ部１０ｂに螺合させ螺合固定部Ａを構成する。そして、螺合が完了した状態で、図２に示すように、ケース部材１の第一円筒部１０の下端面と、弁座部材２のフランジ部２１の上面と、の当接部分を全周に亘って連続して、溶接により固定し、溶接固定部Ｂとする。

その後、ウォームホイール５０を除く駆動部５（ウォーム５１を含む）をケース部材１１に横から挿入することでウォーム５１をウォームホイール５０に噛み合わせ、この駆動部５をケース部材１に溶接固定する（図には未記載）。

次に、主弁３と副弁４の動作について説明する。まず、図８（Ａ）に示すように、主弁３の低圧流路３０ＬがＥ切換ポート２０ＥとＳポート２０Ｓとを連通させ、高圧流路３０ＨがＤポート２０ＤとＣ切換ポート２０Ｃとを連通させた第一切換位置から、駆動部５が作動する。そうすると、ウォーム５１とウォームホイール５０の駆動力が、カム部５０ａを介して副弁４に伝達され、副弁４が軸線Ｘまわり（左回り）に回転する。

なお、このときは、副弁凸部４２ａの下面と主弁凸部３３ａの上面が図１に示すように当接しているため、主弁凸部３３ａに開口する均圧孔３０ａが副弁凸部４２ａの下面によって閉じられている。このため、主弁３は、内外の圧力差により弁座部２０に押しつけられた状態であり、副弁４が回転しても主弁３は弁座部２０との摩擦力により回転できず、副弁４だけが回転する。

副弁４が回転すると、副弁凸部４２ａが主弁凸部３３ａ上をスライドして、均圧孔３０ａが、副弁４のフランジ部４０下面において２個の副弁凸部４２ａ間に形成された不図示の均圧流路により開かれる。これにより、主弁３の外部の上側Ｘ１の流体の圧力が低圧流路３０Ｌ内（低圧側）へ逃げる。そして、主弁凸部３３ａは、２個の副弁凸部４２ａに挟まれる位置に移動し、主弁凸部３３ａと、２個の副弁凸部４２ａと、が互い違いに噛み合う。この状態では、主弁３の上側Ｘ１と低圧流路３０Ｌ内は均圧となるため、上述のように主弁３を弁座部２０に押し付ける力は小さくなり、主弁３と、弁座部２０と、の摩擦力が、主弁凸部３３ａと２個の副弁凸部４２ａとが噛み合う力よりも小さくなる。

このため、副弁４を軸線Ｘまわりに回転させることで、主弁凸部３３ａと、副弁凸部４２ａと、が当接しながら一体となって軸線Ｘまわりに回転する。これにより、図８（Ｂ）に示すように、主弁３は、低圧流路３０ＬがＣ切換ポート２０ＣとＳポート２０Ｓとを連通させ、高圧流路３０ＨがＤポート２０ＤとＥ切換ポート２０Ｅとを連通させる第二切換位置に移動する。この際、高圧流路３０Ｈの壁が主弁ストッパ９に当接することで、主弁３はそれ以上軸線Ｘまわりに回転することが規制される。

この状態でさらに副弁４を軸線Ｘまわりに回転させると、回転を規制されていない副弁４のみが、上述の副弁ストッパ３１ａ１に当接するまで軸線Ｘまわりに回転する。これにより、副弁凸部４２ａが主弁凸部３３ａに乗り上がり、副弁凸部４２ａの下面により均圧孔３０ａが閉じられる。したがって、高圧の流体は、均圧孔３０ａから低圧流路３０Ｌに逃げることができないため、主弁３の外部の上側Ｘ１が高圧となり、主弁３の上側Ｘ１と低圧流路３０Ｌとの圧力差によって主弁３が弁座部２０に押し付けられる。

次に、ロータリー式切換弁１００を流路切換弁に用いた冷凍サイクルシステムについて説明する。図８は実施形態の冷凍サイクルシステムを示す図であり、空気調和機の冷凍サイクルシステムの例である。空気調和機は、圧縮機Ｐ、室外熱交換器６０（凝縮器または蒸発器）、膨張弁７０、室内熱交換器８０（凝縮器または蒸発器）、流路切換弁としてのロータリー式切換弁１００を有しており、これらの各要素は、それぞれ導管によって図示のように接続され、ヒートポンプ式の冷凍サイクルシステムを構成している 。

冷凍サイクルシステムの流路は、ロータリー式切換弁１００の主弁３を上記説明のように回転させることで、冷房運転および暖房運転の２通りの流路に切換えられるようになっている。図８（Ａ）の冷房運転時には、ロータリー式切換弁１００において主弁３の低圧流路３０ＬによりＳポート２０ＳがＥ切換ポート２０Ｅに接続され、高圧流路３０ＨによりＤポート２０ＤがＣ切換ポート２０Ｃに接続される。そして、図に矢印で示すように、圧縮機Ｐで圧縮された流体としての冷媒がロータリー式切換弁１００のＤポート２０Ｄに流入してＣ切換ポート２０Ｃから室外熱交換器６０に流入し、室外熱交換器６０から流出する冷媒が、膨張弁７０に流入する。そして、この膨張弁７０で冷媒が膨張され、室内熱交換器８０に供給される。室内熱交換器８０から流出する冷媒は、ロータリー式切換弁１００でＥ切換ポート２０ＥからＳポート２０Ｓに流れ、Ｓポート２０Ｓから圧縮機Ｐへ循環される 。

図８（Ｂ）の暖房運転時には、ロータリー式切換弁１００において主弁３の低圧流路３０ＬによりＳポート２０ＳがＣ切換ポート２０Ｃに接続され、高圧流路３０ＨによりＤポート２０ＤがＥ切換ポート２０Ｅに接続される。そして、図に矢印で示すように、圧縮機Ｐで圧縮された冷媒がロータリー式切換弁１００のＤポート２０Ｄに流入してＥ切換ポート２０Ｅから室内熱交換器８０に流入し、室内熱交換器８０から流出する冷媒が、膨張弁７０に流入する。そして、この膨張弁７０で冷媒が膨張され、室外熱交換器６０に供給される。室外熱交換器６０から流出する冷媒は、ロータリー式切換弁１００でＣ切換ポート２０ＣからＳポート２０Ｓに流れ、Ｓポート２０Ｓから圧縮機Ｐへ循環される 。

以上、このような実施形態によれば、ケース部材１と弁座部材２とを、螺合固定部Ａと、溶接固定部Ｂと、により互いに固定することで、弁座部材２とケース部材１の固定強度を高めることができる。したがって、高圧冷媒に対しても気密性を十分に確保することができるロータリー式切換弁１００を得ることができる。

次に、ロータリー式切換弁１００の第二実施形態について説明する。図３は、第二実施形態に係るロータリー式切換弁１００の組立断面図である。図４は、図３における領域ｂの部分拡大図である。この第二変形例では、溶接固定部Ｂの近傍に、ケース部材１と弁座部材２とを径方向Ｙに位置決めする芯出し部Ｃが設けられている点が、上述の実施形態と異なっている。図４に示すように、芯出し部Ｃは、ケース部材１の第一円筒部１０の雌ねじ部１０ｂの下側Ｘ２に設けられ全周に亘って径方向Ｙ外側に凹む第一段部１０ｃと、弁座部材２の雄ねじ部２０ｃの下側Ｘ２に全周に亘って設けられ、第一段部１０ｃに向かって突出する第二段部２０ｄと、を備えて構成されている。図３、４に示すように、雌ねじ部１０ｂと雄ねじ部２０ｃの螺合が完了した状態では、第一段部１０ｃと第二段部２０ｄとが径方向Ｙに当接しているように見えるが、第一段部１０ｃの径方向Ｙ内側に向かう面と、第二段部２０ｄの径方向Ｙ外側に向かう面との間には、径方向Ｙのクリアランスである第一クリアランスＳ１がある。この第一クリアランスＳ１は、第一段部１０ｃの内径と第二段部２０ｄの外径との寸法差のことである。そして、この第一クリアランスＳ１は、上述の中心軸６の上側部分６ａの外径と第一軸受溝１１ｂの内径との寸法差である第二クリアランスＳ２、および中心軸６の下側部分６ｂの外径と第二軸受溝２０ｂの内径との寸法差である第三クリアランスＳ３よりも小さく設定されている。

このような構成によれば、ケース部材１と弁座部材２とを固定する際に、溶接固定部Ｂに近傍に設けられた芯出し部Ｃによって、ケース部材１と弁座部材２とが径方向Ｙに位置決めされることとなるので、ケース部材１と弁座部材２の固定時の芯ずれを防止することができる。また、この際、芯出し部Ｃの第一クリアランスＳ１が、第二クリアランスＳ２や第三クリアランスＳ３よりも小さく設定されていることで、ケース部材１に対する中心軸６の芯出しの精度よりもさらに高い精度で、ケース部材１に対する弁座部材２の芯出しを行うことができる。これにより、ケース部材１内の各部品間の適切なクリアランスを保つことができ、例えば中心軸６が軸線Ｘ方向に対して傾くこと、および、それに伴って主弁３が正常に回転できなくなってロックされることなどを防止することができる。したがって、主弁３におけるポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅの切換動作を安定して行うことができる。

このように、螺合固定部Ａで各ねじ部１０ｂ、２０ｃを螺合させながら芯出し部Ｃにより芯出しをし、ケース部材１と弁座部材２とを溶接することで、主弁３におけるポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅの切換動作の安定性を維持しつつ、弁座部材２とケース部材１の疲労耐久力を向上し、ロータリー式切換弁１００の耐圧性能を向上することができる。なお、第二実施形態では、芯出し部Ｃを第一段部１０ｃと第二段部２０ｄとで構成し、第一段部１０ｃの径方向Ｙ内側に向かう面と、第二段部２０ｄの径方向Ｙ外側に向かう面とのクリアランス（第一クリアランスＳ１）を第二クリアランスＳ２や第三クリアランスＳ３よりも小さくすることでケース部材１と弁座部材２の径方向Ｙの位置が決まっていたが、芯出し部Ｃの形状はこれに限られず、例えば、第一段部１０ｃの内径か第二段部２０ｄの外径のどちらかに軸線Ｘまわりの少なくとも３箇所に突起部を設け、これら突起部の先端部を繋ぐ仮想円と、第一段部１０ｃの内径、または第二段部２０ｄの外径との寸法差をクリアランスとしてもよい。

次に、ロータリー式切換弁１００の第三実施形態について説明する。図５は、第三実施形態に係るロータリー式切換弁１００の組立断面図である。図６は、図５における領域ｃの部分拡大図である。第三実施形態では、ケース部材１の第一円筒部１０の形状と、弁座部材２の形状と、が上述の実施形態、および第二実施形態とは異なっている。図５に示すように、第一円筒部１０は、第二円筒部１１よりも外径が拡径して形成されている。第一円筒部１０の下側Ｘ２の外周部分は、全周に亘って径方向Ｙ内側に凹んでおり、この凹んだ部分の上端面には、全周に亘って上側Ｘ１に凹む第一段部１１ｄが形成されている。第一段部１１ｄの下側Ｘ２を向く面は、弁座部材２と軸線Ｘ方向に対向し、第一段部１１ｄの径方向Ｙ外側を向く面は、後述する第二段部２３ａの径方向Ｙ内側を向く面と対向している。また、第一円筒部１０の下側Ｘ２の部分は、肉厚が薄くなっており、その肉厚が薄くなった部分の外周面には、全周に亘って雄ねじ部１０ｂ１が形成されている。すなわち、この実施形態では、ケース部材１に雄ねじ部１０ｂ１が設けられている。

一方、弁座部材２における弁座部２０の外周端縁には、全周に亘って上側Ｘ１に立ち上がる立壁２３が形成されている。立壁２３の内径は、第一円筒部１０の外径よりも大きくなるように設定されており、これによって、立壁２３が第一円筒部１０を軸線Ｘまわりに囲むようになっている。立壁２３の上端部には、第一段部１１ｄに向かって上側Ｘ１に突出する第二段部２３ａが全周に亘って形成されている。図６に示すように、第三実施形態では、第一段部１１ｄの下側Ｘ２を向く面と第二段部２３ａの上側Ｘ１を向く面とが当接し、溶接されることで溶接固定部Ｂが構成されている。また、第一段部１１ｄの径方向Ｙ外側を向く面と第二段部２３ａの径方向Ｙ内側を向く面との間に上述の第一クリアランスＳ１が設けられている。そして、立壁２３の内周面には、雄ねじ部１０ｂ１と径方向Ｙに対向するように雌ねじ部２３ｂ１が形成されている。すなわち、この実施形態では、弁座部材２に雌ねじ部２３ｂ１が設けられている。そして、上述の雄ねじ部１０ｂ１と雌ねじ部２３ｂ１とで、螺合固定部Ａが構成されている。

上述のとおり、第三実施形態においては、溶接固定部Ｂは、立壁２３の上端に設けられることとなる。具体的には、図５に示すように、弁座部材２の弁座面２０ａよりも上側Ｘ１（中心軸６の軸方向一方側）に離れた位置、かつ、ケース部材１の第二円筒部１１の天井部の内面である上底面１１ｃ（弁座面２０ａに対向する対向面）よりも下側Ｘ２（中心軸６の軸方向他方側）に離れた位置に設けられている。なお、この溶接固定部Ｂは、弁座部材２の弁座面２０ａからケース部材１の上底面１１ｃまでの距離を離間距離とした場合、弁座面２０ａから軸線Ｘ方向（軸方向）に離間距離の５％以上離れた位置に配置されるようにするとよく、より好ましくは、弁座面２０ａから軸線Ｘ方向に離間距離の１０％以上離れた位置に設けられるとよい。そして、溶接固定部Ｂは、弁座面２０ａから軸線Ｘ方向に離間距離の２０％以上離れた位置に配置すると、さらに好適である。

また、溶接固定部Ｂは、弁座面２０ａに対し、軸線Ｘ方向に、少なくとも弁座部２０の内圧受圧面（弁座面２０ａ＋弁座面２０ａの外周Ｒ部）の直径Ｄの４％以上離れた位置に配置されるようにするとよく、より好ましくは、弁座面２０ａに対し、軸線Ｘ方向に直径Ｄの６％以上離れた位置に配置されるとよい。そして、溶接固定部Ｂは、弁座面２０ａに対し、軸線Ｘ方向に直径Ｄの１０％以上離れた位置に配置すると、さらに好適である。また、溶接固定部Ｂは、弁座面２０ａに対し、軸線Ｘ方向に、少なくとも直径Ｄの１／２０以上離れた位置に配置されるようにするとよく、より好ましくは、弁座面２０ａに対し、軸線Ｘ方向に直径Ｄの１／８以上離れた位置に配置されるとよい。また、溶接固定部Ｂは、弁座面２０ａから軸線Ｘ方向に、少なくとも溶接固定部Ｂのビード幅の２倍以上離れた位置に配置されるとよく、溶接固定部Ｂのビード幅の５倍以上離れた位置に配置されるとさらに好適である。

ここで、上述のようなロータリー式切換弁１００は、中心軸６まわりに回転する主弁３によって複数のポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅを切り換える構造上、ケース部材１が円筒状に形成されるとともに、弁座部材２が上述のとおり平面視円形となりやすい。このため、例えば逆止弁のような他の弁装置と比較して、弁座部材２の弁座面２０ａ（本実施形態のように外周Ｒ部がある場合は、外周Ｒ部も含む）が広範囲にわたって超高圧の圧力を受けやすい内圧受圧面となり、この内圧受圧面付近に図５、６に矢印で示す方向の応力が集中しやすい。これに加え、この弁座面２０ａを構成する弁座部材２は、複数のポート２０Ｄ、２０Ｓ、２０Ｃ、２０Ｅとこれに接続される継手管８が設置されていることで、ロータリー式切換弁１００の中でも強度が弱くなりやすい。したがって、弁室１０ａ内に高圧冷媒等が流れることで、弁室１０ａ内の圧力が弁座面２０ａに繰り返し作用すると、図６に仮想線αで示すように弁座面２０ａが変形することがある。そして、従来構造では、ケース部材と弁座部材を溶接した場合、溶接部がこの応力が集中しやすい内圧受圧面に近いため、弁室内の圧力が弁座部材２に繰り返し作用することで溶接部が疲労破壊する可能性がある。しかしながら、本構成によれば、溶接固定部Ｂを、この応力の集中しやすく、変形することがある弁座面２０ａよりも上側Ｘ１に離れた位置、かつ、ケース部材１の第二円筒部１１の天井部の内面である上底面１１ｃよりも下側Ｘ２に離れた位置に設けた。すなわち、溶接固定部Ｂを、弁座面２０ａと上底面１１ｃとの軸線Ｘ方向中間部（軸方向中間部）に配置し、応力の集中しやすい内圧受圧面から離すこととしたので、溶接固定部Ｂに応力が集中することを避けることができる。したがって、溶接固定部Ｂが弁座面２０ａ近傍に設けられる構成と比較して、溶接固定部Ｂの疲労耐久力を向上し、ロータリー式切換弁１００の耐圧性能を向上することができる。

以上、本発明の実施の形態、および変形例について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。図７は、第三実施形態の変形例におけるロータリー式切換弁１００の部分拡大図である。本変形例では、弁座部材２の立壁２３の上側Ｘ１部分の外径がケース部材１の内径よりも小さく設定されることで、第一円筒部１０が立壁２３の上部を軸線Ｘまわりに囲んでいる点が、上述の実施形態とは異なっている。そして、第一円筒部１０の内周面には、雌ねじ部１０ｂ２が形成されており、第一円筒部１０の内周面における雌ねじ部１０ｂ２の下側Ｘ２には、径方向Ｙ外側に凹む第一段部１０ｃ１が形成されている。

一方、弁座部材２の立壁２３の上部外周面には、雌ねじ部１０ｂ２と径方向Ｙに対向するように雄ねじ部２３ｂ２が形成されており、この雄ねじ部２３ｂ２と上述の雌ねじ部１０ｂ２とで螺合固定部Ａが構成されている。そして、雄ねじ部２３ｂ２の下側Ｘ２には、径方向Ｙ外側に突出する第二段部２３ａ１が形成されている。第一段部１０ｃ１と第二段部２３ａ１との間には、上述の第一クリアランスＳ１が設けられている。第二段部２３ａ１の下端部には、径方向Ｙ外側に延び上側Ｘ１を向く当接面２３ｃが形成されており、この当接面２３ｃに第一円筒部１０の下端面が当接し、溶接されることで溶接固定部Ｂが構成されている。この溶接固定部Ｂは、第三実施形態と同様に、弁座面２０ａと上底面１１ｃの軸線Ｘ方向中間部（軸方向中間部）に配置され、応力の集中しやすい弁座面２０ａ（内圧受圧面）から離れている。

このような、構成によれば、第三実施形態と同様に、溶接固定部Ｂを弁座面２０ａと上底面１１ｃの軸線Ｘ方向中間部（軸方向中間部）に配置し、応力の集中しやすい弁座面２０ａから離すこととしたので、溶接固定部Ｂに応力が集中することを抑制することができる。したがって、溶接固定部Ｂが弁座面２０ａ近傍に設けられる構成と比較して、溶接固定部Ｂの疲労耐久力を向上し、ロータリー式切換弁１００の耐圧性能を向上することができる。

Ａ 螺合固定部
Ｂ 溶接固定部
Ｘ 軸線
１ ケース部材
２ 弁座部材
３ 主弁
４ 副弁
５ 駆動部
６ 中心軸
１０ａ 弁室
１０ｂ 雌ねじ部
２０ 弁座部
２０ａ 弁座面
２０ｃ 雄ねじ部
２０Ｅ Ｅ切換ポート（複数のポート）
２０Ｃ Ｃ切換ポート（複数のポート）
２０Ｄ Ｄポート（複数のポート）
２０Ｓ Ｓポート（複数のポート）
３０ａ 均圧孔
１００ ロータリー式切換弁

Claims (8)

1. 弁室を構成するケース部材と、前記弁室に開口する複数のポートが形成された弁座面を有する弁座部材と、前記弁室内にて前記弁座面に交差する中心軸まわりに回転可能に設けられる主弁と、前記中心軸まわりに回転可能に設けられて前記主弁の均圧孔を開閉する副弁と、前記副弁を回転駆動する駆動部と、を備えるロータリー式切換弁であって、
   前記ケース部材と前記弁座部材とは、全周に亘って連続して溶接される溶接固定部と、一方の雄ねじ部と他方の雌ねじ部とが螺合する螺合固定部と、により互いに固定されていることを特徴とするロータリー式切換弁。
2. 前記弁座部材に前記雄ねじ部が設けられ、前記ケース部材に前記雌ねじ部が設けられ、
   前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とは、前記中心軸の径方向に対向し、
   前記弁座部材と前記ケース部材とを、前記中心軸を中心として相対回転させることで、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが螺合することを特徴とする請求項１に記載のロータリー式切換弁。
3. 前記弁座部材に前記雌ねじ部が設けられ、前記ケース部材に前記雄ねじ部が設けられ、
   前記雌ねじ部と前記雄ねじ部とは、前記中心軸の径方向に対向し、
   前記弁座部材と前記ケース部材とを、前記中心軸を中心として相対回転させることで、前記雄ねじ部と前記雌ねじ部とが螺合することを特徴とする請求項１に記載のロータリー式切換弁。
4. 前記溶接固定部の近傍には、前記ケース部材と前記弁座部材とを径方向に位置決めする芯出し部が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のロータリー式切換弁。
5. 前記芯出し部には、前記径方向のクリアランスである第一クリアランスが設けられ、前記第一クリアランスは、前記ケース部材と前記中心軸との前記径方向のクリアランスである第二クリアランス、および前記弁座部材と前記中心軸との前記径方向のクリアランスである第三クリアランスよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項４に記載のロータリー式切換弁。
6. 前記溶接固定部は、前記弁座部材の前記弁座面よりも前記中心軸の軸方向の一方側に離れた位置、かつ、前記ケース部材に設けられ前記弁座面に対向する対向面よりも前記軸方向の他方側に離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のロータリー式切換弁。
7. 前記溶接固定部は、前記弁座部材の前記弁座面から前記ケース部材の前記対向面までの距離を離間距離とした場合、前記弁座面から前記軸方向に前記離間距離の５％以上離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のロータリー式切換弁。
8. 前記弁座面は平面視円形に形成され、
   前記溶接固定部は、前記弁座面に対し、前記軸方向に前記弁座面の直径の４％以上離れた位置に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のロータリー式切換弁。

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