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

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宏光 木村
Hiromitsu Kimura
志信 河村
Yukinobu Kawamura
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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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