JP4256692B2

JP4256692B2 - 電動式切換弁

Info

Publication number: JP4256692B2
Application number: JP2003037315A
Authority: JP
Inventors: 宣笠井; 雅弘村田; 裕正高田; 守男金子; 尚平川; 香織横田
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2009-04-22
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: EP1593889A4; DE602004032517D1; KR20050101341A; CN100360844C; KR100984090B1; EP1593889B1; WO2004072521A1; JP2004263726A; US20060070671A1; CN1751197A; EP1593889A1; US7204271B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動式切換弁に関し、特に、冷凍・冷蔵庫の冷媒流路の切換等に用いられる直動式の電動式切換弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
冷凍・冷蔵庫の冷媒流路の切換等に用いられる電動式切換弁として、弁室内の平らな底面に複数個の弁ポートが開口し、弁室内に回転可能に設けられて端面にて弁室底面に摺接し回転位置に応じて弁ポートの接続を切り換える弁体を有し、ステッピングモータにより弁体を直接回転駆動する直動式の電動式切換弁が知られている（例えば、特許文献１、２、３、４）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１３９２５号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５６４９３号公報
【特許文献３】
特開２００１−１５６４９４号公報
【特許文献４】
特開２００２−１２２３６６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直動式の電動式切換弁では、弁体の駆動トルク低減のために、弁ポートのピッチ円半径が小さく、これに応じて弁体の半径が小さいことが望まれる。しかし、弁ポートに接続される管継手の配置により、弁ポートのピッチ円半径を小さくすることに限界がある。このことに対して、管継手の中心に対して弁ポートの配置位置を弁体の回転中心側に偏倚させ、その偏倚量に応じて弁ポートのピッチ円半径を小さくすることが考えられる。
【０００５】
しかし、従来のものでは、弁室底部の一方に弁ポートが形成され、他方に管継手が接続される構造であるので、設定可能な偏倚量に限度があり、偏倚量を高い設計の自由度をもって適正値や要求値に設定することができない。
【０００６】
この発明は、弁ポートのピッチ円半径を小さくする等のために、管継手の中心に対して弁ポートの配置位置を弁体の回転半径方向に偏倚させようとする場合に発生し得る、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、管継手に対する弁ポートの径方向偏倚量を高い設計の自由度をもって適正値や要求値に設定することができ、併せて、弁座面の平坦度が高く、弁漏れを生じることがない電動式切換弁を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による電動式切換弁は、弁室内の平らな底面に複数個の弁ポートが開口し、前記弁室内に中心軸を中心に回転可能に設けられて端面にて前記弁室底面に摺接し回転位置に応じて前記弁ポートの接続を切り換える弁体を有し、電動式アクチュエータにより前記弁体を回転駆動する電動式切換弁において、前記弁室の底部が、継手部材が挿入されて接続される貫通孔を有する底蓋部材と、前記中心軸が貫通する中心孔を有し、該中心孔の中心軸線と同心の同一円弧線上に前記弁ポートが開口し前記弁体の端面が摺接する弁シート部材と、前記底蓋部材と前記弁シート部材とに挟まれ前記継手部材と前記弁ポートとを連通接続する連通用開口部と前記中心軸の一端が嵌合する軸支持孔とを有する中間板との積層構造体により構成され、前記弁ポートの少なくとも一つは、当該弁ポートの開口縁の一部が当該弁ポートと前記連通用開口部を介して連通接続される前記継手部材が挿入される前記貫通孔の開口縁から外れるように、前記弁体の回転中心側に偏倚して開口されている。
【０００８】
この発明による電動式切換弁によれば、弁室の底部が、底蓋部材と弁シート部材と中間板との積層構造体により構成され、弁シート部材に形成されている弁ポートを、弁ポートの開口縁の一部が当該弁ポートと連通接続される継手部材が挿入される貫通孔の開口縁から外れるように、弁体の回転中心側に偏倚して開口させ、弁ポートと継手部材を中間板の連通用開口部を介して連通接続させているので、弁ポートは継手部材が挿入される貫通孔の開口の範囲内に制限を受けることなく弁体の回転中心側に偏倚して開口させることができるようになり、高い設計の自由度をもって適正値や要求値に設定することができる。また、弁ポートは弁体の回転中心側に偏倚して開口させることができるので、継手部材配置位置に規制されることなく、継手部材のピッチ円半径よりも、弁ポートのピッチ円半径とこれに応じた弁体の半径を小さくできる。
【０００９】
なお、弁ポートが２つであり、該２つの弁ポートは、互いに離間されているポート間角度が当該弁ポートと連通用開口部を介してそれぞれ連通接続される継手部材の継手間角度よりも小さくなる位置に開口されている。
【００１０】
したがって、継手部材の互いに離間されている継手間角度よりも、中間板の連通用開口部を介して継手部材に連通接続される２つの弁ポートのポート間角度を小さくしているので、電動式アクチュエータにより弁体を回転駆動する回転角を小さくできる。
【００１１】
弁体の回転中心側に偏倚して開口されている弁ポートは弁体の回転方向に沿った円弧状をなしているので、弁体の半径を小さく保って大流量化を図ることができる。
【００１２】
この発明による電動式切換弁では、前記弁シート部材は、エッチング加工板により構成されている。これにより、弁シート部材の設計の自由度が高まり、併せて部品寸法精度、平坦・面粗度がよくなる。
【００１３】
この発明による電動式切換弁は、ひとつの詳細構成例として、前記弁ポートが、前記弁室に常時連通している一つの入口ポートと、前記弁体の回転方向に互いに離れた位置に開口した二つの出口ポートとからなり、前記弁体の回転位置に応じて前記入口ポートと前記二つの出口ポートとの接続が切り換えられる。
【００１４】
また、この発明による電動式切換弁は、詳細構成として、前記電動式アクチュエータはステッピングモータであり、当該ステッピングモータのロータが前記弁体とトルク伝達関係で係合し、前記弁体は、当該弁体に形成された中心孔に、前記中間板より支持された中心軸が回転可能に係合していることにより、回転中心を設定されており、前記弁体の中心孔がテーパ孔形状であることにより、組立工程が容易となり、前記中心軸に対して首振り傾斜可能であり、ばねによって前記弁ポートの開口面に押し付けられている。
【００１５】
この発明による電動式切換弁では、弁体の首振りにより、中心軸に対する弁シート部材と弁体との平行・直角度のばらつきを吸収することができ、また、塵噛みによる弁体のロック発生の危険度を低減できる。
【００１６】
この発明による電動式切換弁は、詳細構成として、前記電動式アクチュエータはステッピングモータであり、当該ステッピングモータのロータの回転方向のストッパとして前記弁室の前記底面に突出部が形成され、前記突出部に緩衝用のコイルばねが取り付けられている。
【００１７】
この発明による電動式切換弁では、ストッパ衝突時の衝撃が緩衝用コイルばねによって緩衝され、衝突音が低減する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１〜図７はこの発明による電動式切換弁の実施形態１を示している。
【００１９】
図１に示されているように、電動切換弁１０は、固定側部材である円盤形状の底蓋部材１１と、底蓋部材１１上に気密に溶接されたキャン状のケース１２とを有している。ケース１２は、底蓋部材１１と共働として、内側に気密室構造の弁室１３を形成している。
【００２０】
ケース１２は、ステンレス薄板を深絞りプレスにて成形したものである。図３に示されているように、ケース１２のロータ収容円筒部１２Ａと上部ドーム部１２Ｂは、上部ドーム部１２Ｂの中央部に形成された軸受係合凹部１２Ｃとロータ収容円筒部１２Ａとの同芯度を確実に得るために、一体プレス成形してある。上部ドーム部１２Ｂのロータ収容円筒部１２Ａとの接続部寄り部分を球面と見立てた場合、その球面の曲率（Ｒ）が、ロータ収容円筒部１２Ａの外径（Ｄ）の半分よりも若干小さい値、即ち、Ｒ＝（Ｄ／２）−αとなるように、上部ドーム部１２Ｂが形成されている。これは、ケースの鉛直方向寸法を必要以上に大きくせず、その上で、上部ドーム部１２Ｂの曲げを程々に抑えて必要な耐圧性を確保するための、内部耐圧性の向上を目的とした設計である。
【００２１】
底蓋部材１１と接合されるケース１２の下方開口部１２Ｄは、内部部品の設計的な余裕度と耐圧的な配慮、接合時の熱的な影響度を緩和させるべく、ロータ収容円筒部１２Ａの外径（Ｄ）よりも大径としている。
【００２２】
底蓋部材１１は、ステンレス板材をプレス成形・打ち抜きしたものである。底蓋部材１１の上面部にはケース１２の下方開口部１２Ｄの内径にほぼ等しい外径の段差部１１Ａが形成されており、この段差部１１Ａにケース１２の下方開口部１２Ｄが嵌合している（図１参照）。この嵌合によって底蓋部材１１とケース１２との同心度が保証される。
【００２３】
底蓋部材１１とケース１２との溶接（レーザ溶接）は、段差部１１Ａと下方開口部１２Ｄとの嵌合部で行われる。これにより、溶接時の熱影響の低減と弁室１３へのスパッタの飛散、溶接部へのろう流れを防止できる。
【００２４】
底蓋部材１１の所要部位（３ケ所）に、各々管継手挿入用のろう付け代を確保した貫通孔１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄが打ち抜き形成されている。貫通孔１１Ｃと１１Ｄは、中心軸線と同心の同一円弧線上に、所定継手間角度（中心軸孔の中心と２つの貫通孔或いは管継手の中心とを結ぶ２つの直線がなす角度が９０度より大きな角度）離れた位置にある。貫通孔１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄには各々管継手１４、１５、１６の一端部が挿入されている。管継手１４、１５、１６は、各々リングろうによるろう付けによって、後述の接合により一体化された底蓋部材１１と中間板１７とに固定され、底蓋部材１１の外側（下方）に延びている。
【００２５】
このろう付けは、環境配慮から、後述の中間板１７のろう付けと同一工程のろう付けとして、水素還元雰囲気炉等を用いたフラックス無しの炉中ろう付けで行われることが好ましい。
【００２６】
なお、底蓋部材１１の上面部には、管継手１４、１５、１６及び中間板１７のろう付けのろう材が、底蓋部材１１とケース１２との溶接面まで流れることを防止するために、段差部１１Ａより少し小さい径の円環Ｕ溝１１Ｈが形成されている。
【００２７】
底蓋部材１１の上面部には中間板（ベース板）１７がろう付けによって固定されている。中間板１７は、ステンレス板材をプレス・曲げ成形・打ち抜きしたものである。
【００２８】
中間板１７の中心部には、軸支持孔１７Ｆが打ち抜き形成されている。中間板１７の下面側には軸支持孔１７Ｆの打ち抜き時にバーリング加工によって形成された軸支持孔１７Ｆ周りの環状凸部１７Ａがあり、この環状凸部１７Ａが底蓋部材１１の中心部にエンボス加工された中心凹部１１Ｅに嵌合している。また、中間板１７には底蓋部材１１にエンボス加工された位置決め凸部１１Ｆに嵌合する位置決め孔１７Ｂが打ち抜き形成されている。この２箇所の嵌合によって中間板１７と底蓋部材１１とが同心・位置合わせされる。
【００２９】
底蓋部材１１の中心凹部１１Ｅは余裕のある深さを有し、ろう材溜まり部として作用し（図５参照）、ろう材が軸支持孔１７Ｆへ流れるのを防止する。また、中心凹部１１Ｅは後述の中心軸２１の軸長のばらつきの逃げ部としても作用する。
【００３０】
中間板１７には貫通孔（入口ポート）１１Ｂを弁室１３に開放する切欠部１７Ｃが形成されている。中間板１７には、貫通孔（出口ポート）１１Ｃ、１１Ｄの各々に連通する長円形の連絡開口（連通用開口部）１７Ｄ、１７Ｅが形成されている。連絡開口１７Ｄ、１７Ｅは、各々径方向に長く、径方向の外方側で貫通孔１１Ｃ、１１Ｄに連通している。なお、これより以降、貫通孔１１ＢをＡポート、貫通孔１１ＣをＢポート、貫通孔１１ＤをＣポートと呼ぶことがある。
【００３１】
中間板１７の中心部に打ち抜き形成された軸支持孔１７Ｆには、後述の中心軸２１の下端２１Ａが嵌合する（図５参照）。軸支持孔１７Ｆの径は、環状凸部１７Ａより小さく、しかも、中心軸２１の軸径に対して所要のクリアランスを確保する径になっている。
【００３２】
中間板１７には後述の弁体２０の突出片２０Ｆが当接する基点出し用のストッパ片１７Ｇが折り曲げ形成されている。ストッパ片１７Ｇにはストッパ片１７Ｇを取り囲むように緩衝用コイルばね１８が取り付けられている。緩衝用コイルばね１８は、ばね性を有するステンレス細線製で、通常のコイル状に、密着状態に近い状態に巻かれたものである。
【００３３】
なお、ストッパ片１７Ｇの上端は、緩衝用コイルばね１８の脱落防止のために、かしめ変形されている。また、底蓋部材１１の上面部には凸部１１Ｇがエンボス形成されており、この凸部１１Ｇの先端が、ストッパ片１７Ｇに取り付けた緩衝用コイルばね１８の下端に当接して、緩衝用コイルばね１８が傾くのを防止する。
【００３４】
中間板１７の上面部には弁座シート（弁シート部材）１９が取り付けられている。弁座シート１９は、ステンレス薄板を所定形状に両面エッチング処理している。弁座シート１９は、両面エッチングでの端部エッジの除去とスライド弁座平面（弁座面１９Ｇ）の平滑度・面粗度を向上させ、弁体２０の摺動潤滑性を得る目的で、厳選したバレル処理が行われている。
【００３５】
弁座シート１９には、中間板１７にエンボス加工された二つの位置決め凸部１７Ｈ、１７Ｊの各々に嵌合する位置決め孔１９Ａ、１９Ｂと、連絡開口１７Ｄ、１７Ｅの各々に連通する弁ポート１９Ｃ、１９Ｄと、中心軸２１が貫通する中心孔１９Ｅがエッチング加工により貫通形成されている。これらをエッチング処理で形成することで、設計の自由度と、異形形状設計と、部品寸法精度及び平坦・面粗度が、確実に、安価に達成でき、弁漏れが減少する。
【００３６】
弁座シート１９は、位置決め孔１９Ａ、１９Ｂが中間板１７の位置決め凸部１７Ｈ、１７Ｊに各々嵌合することにより、位置・角度出しを行われる。弁座シート１９の中間板１７への接合は、接着・シール剤、ろう付け、ハンダ付け、熱圧着や溶接等の方法がある。
【００３７】
接着・シール剤としては、エポキシ系、ポリアミドイミド系、ポリエステル系、ポリエステルイミド系やポリウレタン系が耐冷煤性の点で適している。接着・シール剤の硬化は、バッチあるいは連続炉で行うことができる。エポキシ系のような熱硬化型樹脂による接着・シール剤の場合には、１２０℃程度で加熱硬化を行う。
【００３８】
弁座シート１９には、中間板１７の切欠部１７Ｃと同様に、貫通孔（入口ポート）１１Ｂを弁室１３に開放する切欠部１９Ｆが形成されている。
【００３９】
弁ポート１９Ｃ、１９Ｄは、図４によく示されているように、中心軸２１が貫通する中心孔１９Ｅの中心軸線と同心の同一円弧線上に、所定ポート間角度（中心軸孔の中心と２つのポートの中心とを結ぶ２つの直線がなす角度が９０度）離れた位置にあり、貫通孔１１Ｃと１１Ｄの所定継手間角度（９０度より大きな角度）よりも小さくなる位置に開口されている。この弁ポート１９Ｃ、１９Ｄのピッチ円半径Ｐｖは、貫通孔１１Ｃ、１１Ｄのピッチ円半径Ｐｐより小さく、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄは、各々中間板１７の連絡開口１７Ｄ、１７Ｅの径方向の内方側に連通している。なお、貫通孔１１Ｃ、１１Ｄのピッチ円半径Ｐｐは、図５に示す管継手１５、１６のピッチ円半径Ｐｐと同じである。
【００４０】
弁室１３の底部構造を要約すると、弁室１３の底部は、図５によく示されているように、管継手１４、１５、１６を接続される底蓋部材１１と、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄが開口し弁体２０の端面（下底面）が摺接する弁座シート１９と、底蓋部材１１と弁座シート１９とに挟まれて管継手１５、１６と弁ポート１９Ｃ、１９Ｄとを連通接続する連通用開口部である連絡開口１７Ｄ、１７Ｅを有する中間板１７とによる３層の積層構造体により構成されている。
【００４１】
そして、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄは、図示のように、その開口縁の一部が貫通孔１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄの開口縁から外れるように、管継手１５、１６の中心位置より弁体２０の回転中心側に偏倚して開口されている。弁ポート１９Ｃ、１９Ｄと管継手１５、１６を連絡するのが、径方向に長い連絡開口１７Ｄ、１７Ｅを有する中間板１７である。
【００４２】
弁室１３内にある弁座シート１９の上面が弁座面１９Ｇであり、弁座面１９Ｇ上に弁体２０が配置されている。弁体２０は、摺動、耐冷媒性を考慮した樹脂材料による一体成形品であり、図７に示されているように、下底面に、二つの弁ポート１９Ｃ、１９Ｄを所定ポート間角度位置で開閉する円弧状の平面弁部２０Ａと、平行性によるシール荷重の安定化のための二つの足状部２０Ｂ、２０Ｃとを各々突出成形されている。平面弁部２０Ａは弁ポート１９Ｃ、１９Ｄのピッチ円半径Ｐｖに合う位置に成形されており、二つの足状部２０Ｂ、２０Ｃは、弁体２０の下底面の、中心軸２１が回転可能に貫通する弁体２０中心部の中心孔２０Ｄの中心軸線と同心の同一円弧線上に、図２に示されているように周方向に間隔をおいて突設されている。
【００４３】
弁体２０は、図７（ａ）に示されているように、平面弁部２０Ａと足状部２０Ｂ、２０Ｃをもって弁座シート１９の弁座面１９Ｇに摺接する。なお、下底面が平面弁部２０Ａである弁体２０の上面は、図３に示されているように、樹脂成形での収縮影響回避、平面弁部２０Ａの平坦・粗度の低下回避を目的として薄肉凹形状２０Ｅとしている。
【００４４】
弁体２０は、中心孔２０Ｄを貫通する中心軸２１によって回転中心を設定され、中心軸２１に案内されて中心軸線周りに回転する。中心孔２０Ｄは、図７（ａ）、（ｂ）によく示されているように、中心軸２１との同芯度を確保するための嵌合ストレート孔部（クリアランス少）２０Ｄａと、上部テーパ孔部２０Ｄｂとを有する。
【００４５】
上部テーパ孔部２０Ｄｂは、中心軸２１の組立性を向上させる構造として作用すると共に、首振り機構としても作用し、中心軸２１に対する弁座シート１９と弁体２０との平行・直角度のばらつきを吸収することができ、切換弁としてのシール・作動安定性が改善される。また、この首振りは、塵噛みによる弁体２０のロック発生の危険度を低減する。
【００４６】
図３に示されているように、弁体２０には、径方向外方に突き出た二つの突出片２０Ｆ、２０Ｇが周方向に小さい間隔をおいて一体成形されている。弁体２０は、二つの突出片２０Ｆと２０Ｇとの間に、ステッピングモータ３０のロータ３１に設けられている突出片３１Ａが、図６に示されているように係合することにより、回転方向の位置出し状態で、ロータ３１とトルク伝達関係に連結され、これにより弁体２０とロータ３１とが同期回転する。
【００４７】
突出片２０Ｆは、ロータ側のストッパ片部を兼ねており、ロータ３１の基点方向回転（ＣＷ）によって、図２（ａ）と図６に示されているように、基点出し用のストッパ片１７Ｇの緩衝用コイルばね１８と当接し、この当接によって基点出しを行う。
【００４８】
この基点出し衝突時の衝撃は、緩衝用コイルばね１８によって緩衝され、衝突音が低減する。緩衝用コイルばね１８は、金属製であるから、冷媒や冷凍機油の影響を受けず、ゴム状弾性体による緩衝材（ゴムストッパ）に比べて耐久性を有する。
【００４９】
なお、弁体２０の突出片２０Ｆ、２０Ｇの上部にはガイド片部２０Ｈ、２０Ｊが成形されており、これらガイド片部２０Ｈ、２０Ｊは、ロータ３１の弁体２０への組立時に、突出片２０Ｆ、２０Ｇ間に突出片３１Ａが係合することを案内する。換言すれば、突出片２０Ｆ、２０Ｇ間からの突出片３１Ａの抜け止めを行う。また、図３に示されているように、弁体２０は後述する押さえばね２３のテーパガイド軸状部２０Ｋを有する。
【００５０】
中心軸２１は、研磨されたステンレス材製で、その下端２１Ａを、軸支持孔１７Ｆとの嵌合（図５参照）によって中間板１７により回転可能に支持されている。中心軸２１の上端２１Ｂは軸受部材２２の軸受孔２２Ａに回転可能に嵌合している。軸受部材２２は、高滑性樹脂材料製で、上部中央突起２２Ｂによってケース１２の軸受係合凹部１２Ｃに係合している（図１参照）。
【００５１】
図１に示されているように、弁室１３内には、ステッピングモータ３０のロータ３１が回転可能に設けられている。ロータ３１は外周部３１Ｂを多極着磁されたプラスチックスマグネットであり、前述したように、突出片３１Ａによって弁体２０とトルク伝達関係に連結され、弁体２０を回転駆動する。
【００５２】
図３に示されているように、ロータ３１のボス部３１Ｃには中心軸２１が貫通する貫通孔３１Ｄを成形され、外周部３１Ｂとボス部３１Ｃを接続するリブ形状部３１Ｅには均圧連通孔３１Ｆが設けられている。貫通孔３１Ｄの軸方向長さは、ロータ３１の回転ぶれ（がたつき、傾き）を防止するために、可及的に長くされている。均圧連通孔３１Ｆは、少なくとも一つ設けられていればよく、ロータ３１の上下の圧力バランスを取る以外に、冷凍機油や液冷媒の上部堆積を防止する働きをする。
【００５３】
ロータ３１のボス部３１Ｃの下端部と弁体２０の上面部との間には、圧縮コイルばねによる押さえばね２３が挟まれている。押さえばね２３は、弁体２０の平面弁部２０Ａを弁座面１９Ｇに押し付けて低差圧状態での弁シールの安定性を確保している。押さえばね２３は、同時に、ロータ３１、軸受部材２２を上方へ付勢し、軸受部材２２の上部中央突起２２Ｂをケース１２の軸受係合凹部１２Ｃに押し付けている。
【００５４】
ケース１２の外周部には、図１に示されているように、ステッピングモータ３０のステータ組立体３２が位置決め固定されている。ステータ組立体３２は、上下２段のステータコイル３３、複数個の磁極歯３４、電気コネクタ部３５等を有し、封止樹脂３６によって液密封止されている。
【００５５】
ステータ組立体３２は、ステータ組立体３２に設けられた位置決め片３７の先端二股部３７Ａが底蓋１１の外周部に形成されている位置決め突部１１Ｊの凹部１１Ｋを挟むように係合することにより、位相合わせ（周方向の取付位置）される。また、ステータ組立体３２は、ステータ組立体３２に設けられた抜け止め片３８の逆止爪片３８Ａが底蓋１１の下底面に逆止係合することにより、抜け止めされる。
【００５６】
弁体２０は、ステッピングモータ３０による分割回転駆動により、図２（ａ）に示されているように、平面弁部２０Ａが弁ポート１９Ｃ、１９Ｄの何れよりも離れた位置にあり、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄが共に弁室１３に開放され、Ａポート（入口ポート）が二つの出口ポート（ＢポートとＣポート）に連通する第１の切換位置（０パルス＝基点位置）と、図２（ｂ）に示されているように、平面弁部２０Ａが弁ポート１９Ｄを塞ぎ、弁ポート１９Ｃのみが弁室１３に開放され、Ａポート（入口ポート）がＢポートにのみに連通する第２の切換位置（１８パルス）と、図２（ｃ）に示されているように、平面弁部２０Ａが弁ポート１９Ｃ、１９Ｄを共に塞ぎ、Ａポート（入口ポート）が何れの出口ポートにも接続されない第３の切換位置（３６パルス＝全閉位置）と、図２（ｄ）に示されているように、平面弁部２０Ａが弁ポート１９Ｃを塞ぎ、弁ポート１９Ｄのみが弁室１３に開放され、Ａポート（入口ポート）がＣポートにのみに連通する第４の切換位置（５４パルス）との間に切換動作し、４位置が得られる。
【００５７】
管継手１５、１６は、寸法的に中心側に寄せることに限界があり、その配置半径は、貫通孔１１Ｃ、１１Ｄのピッチ円半径Ｐｐになる。このことに対し、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄは、各々貫通孔１１Ｃ、１１Ｄの中心位置より弁体２０の回転中心側に偏倚しており、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄのピッチ円半径Ｐｖは、貫通孔１１Ｃ、１１Ｄのピッチ円半径Ｐｐより小さいから、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄのピッチ円半径Ｐｖが貫通孔１１Ｃ、１１Ｄのピッチ円半径Ｐｐに等しい場合に比して、平面弁部２０Ａの配置位置を径方向内側に設定でき、これに応じて弁体２０の回転に必要な駆動トルクが低減する。
【００５８】
このことにより、ステッピングモータ３０のロータ３１のマグネットとして、ネオジ鉄などの希土類による磁力の強い高価なマグネットを使用しなくてもよくなり、フェライトのような安価なマグネットで対応可能になる。
【００５９】
弁ポート１９Ｃ、１９Ｄの回転中心側への偏倚量は、中間板１７の連絡開口１７Ｄ、１７Ｅによって制限を受けることなく高い設計の自由度をもって適正値や要求値に設定することができる。
【００６０】
図８〜図１１はこの発明による電動式切換弁の実施形態２を示している。なお、図８〜図１１において、図１〜図７に対応する部分は、図１〜図７に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００６１】
この実施形態２では、図１０に示されているように、弁座シート１９にエッチング加工により形成される弁ポート１９Ｃ、１９Ｄが、各々、弁体２０の回転中心を中心とした扇形をしていて、弁体の回転方向に沿った円弧状をなしている。図１１によく示されているように、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄのピッチ円半径Ｐｖは、貫通孔１１Ｃ、１１Ｄのピッチ円半径Ｐｐより小さく、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄの外周縁は貫通孔１１Ｃ、１１Ｄの外周縁より径方向寸法Ｒａだけ径方向内側に偏倚している。
【００６２】
弁体２０の平面弁部２０Ａは、図９に示されているように、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄの形状、配置位置に合わせて扇形をしており、弁体２０の回転に応じて弁ポート１９Ｃあるいは１９Ｄを閉じるようになっている。
【００６３】
したがって、この実施形態２でも、実施形態１と同様に、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄのピッチ円半径Ｐｖが貫通孔１１Ｃ、１１Ｄのピッチ円半径Ｐｐに等しい場合に比して、弁体２０の回転に必要な駆動トルクが低減する。
【００６４】
そして、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄの回転中心側への偏倚量は、中間板１７の扇形の連絡開口１７Ｄ、１７Ｅによって制限を受けることなく高い設計の自由度をもって適正値や要求値に設定することができる。なお、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄの形状は、弁体２０の回転中心と同心の円弧状であってもよく、いずれの形状でも大流量化に対応できる。
【００６５】
この実施形態２では、弁体２０は、ステッピングモータ３０による分割回転駆動により、図９（ａ）に示されているように、平面弁部２０Ａが弁ポート１９Ｄを塞ぎ、弁ポート１９Ｃのみが弁室１３に開放され、Ａポート（入口ポート）がＢポートにのみに連通する第１の切換位置（０パルス＝基点位置）と、図９（ｂ）に示されているように、平面弁部２０Ａが弁ポート１９Ｃを塞ぎ、弁ポート１９Ｄのみが弁室１３に開放され、Ａポート（入口ポート）がＣポートにのみに連通する第２の切換位置（２０パルス）と、図９（ｃ）に示されているように、平面弁部２０Ａが弁ポート１９Ｃ、１９Ｄの何れよりも離れ、弁ポート１９Ｃ、１９Ｄが共に弁室１３に開放され、Ａポート（入口ポート）が二つの出口ポート（ＢポートとＣポート）に連通する第３の切換位置（４０パルス）との間に切換動作し、３位置が得られる。
【００６６】
図１２はこの発明による電動式切換弁１０の使用例を示している。図１２は、圧縮機５１と、凝縮器５２と、膨張弁（あるいはキャピラリチューブ）５３と、蒸発器５４とを有する冷蔵庫の冷媒回路を示している。電動式切換弁１０は、入口ポートＡを圧縮機５１の吐出側に接続され、出口ポートＢを凝縮器５２に、出口ポートＣをバイパス通路５５に接続されている。
【００６７】
通常運転時には、電動式切換弁１０は、入口ポートＡを出口ポートＢに連通する切換位置に位置する。この場合には、冷媒は、圧縮機５１→凝縮器５２→膨張弁５３→蒸発器５４→圧縮機５１を流れ、通常の冷凍サイクルが成立する。
【００６８】
デフロスト運転時には、電動式切換弁１０は、入口ポートＡを出口ポートＣに連通する切換位置に位置する。この場合には、冷媒は、圧縮機５１→バイパス通路５５→蒸発器５４→圧縮機５１を流れ、蒸発器５４に高温高圧の冷媒が流れ、蒸発器５４の除霜が行われる。
【００６９】
図１３はこの発明による電動式切換弁１０の他の使用例を示している。図１３は、圧縮機６１と、凝縮器（放熱器）６２と、冷凍室用キャピラリチューブ（Ｃ．Ｔ．Ｆ）６３と、冷蔵室用キャピラリチューブ（Ｃ．Ｔ．Ｒ）６４と、冷凍室用蒸発器６５と、冷蔵室用蒸発器６６と、電動式切換弁（電動式三方切換弁）６７とを有する冷凍・冷蔵庫の冷媒回路を示している。電動式切換弁１０は、入口ポートＡを凝縮器６２の下流側に接続され、出口ポートＢを冷凍室用キャピラリチューブ６３に接続され、出口ポートＣを冷蔵室用キャピラリチューブ６４に接続されている。
【００７０】
冷凍室・冷蔵室全冷却運転時には、電動式切換弁１０は、入口ポートＡを出口ポートＢと出口ポートＣの双方に連通する第１の切換位置に位置する。この場合には、冷媒は、圧縮機６１→凝縮器６２→冷凍室用キャピラリチューブ６３→冷凍室用蒸発器６５→圧縮機６１を流れると共に、圧縮機６１→凝縮器６２→冷蔵室用キャピラリチューブ６４→冷蔵室用蒸発器６６→冷凍室用蒸発器６５→圧縮機６１を流れ、起動時等において、冷凍室用蒸発器６５と冷蔵室用蒸発器６６の蒸発負荷量に対してフル運転での冷却効果を確保する。
【００７１】
冷凍室優先冷却運転時には、電動式切換弁１０は、入口ポートＡを出口ポートＢに連通する第２の切換位置に位置する。この場合には、冷媒は、圧縮機６１→凝縮器６２→冷凍室用キャピラリチューブ６３→冷凍室用蒸発器６５→圧縮機６１を流れ、冷凍室運転、冷蔵室停止となる。
【００７２】
運転停止時には、電動式切換弁１０は、入口ポートＡを何れの出口ポートにも接続せず全閉状態とする第３の切換位置に位置する。この場合には、運転停止時に高温、高圧の冷媒が冷凍室用蒸発器６５、冷蔵室用蒸発器６６に流入することを防止し、運転停止時間の延長を図る。
【００７３】
冷蔵室優先冷却運転時には、電動式切換弁１０は、入口ポートＡを出口ポートＣに連通する第４の切換位置に位置する。この場合には、冷媒は、圧縮機６１→凝縮器６２→冷蔵室用キャピラリチューブ６４→冷蔵室用蒸発器６６→冷凍室用蒸発器６５→圧縮機６１を流れ、冷蔵室優先冷却運転となる。
【００７４】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による電動式切換弁によれば、弁ポートは継手部材が挿入される貫通孔の開口の範囲内に制限を受けることなく弁体の回転中心側に偏倚して開口させることができるようになり、高い設計の自由度をもって適正値や要求値に設定することができ、弁ポートは弁体の回転中心側に偏倚して開口させ、継手部材配置位置に規制されることなく、継手部材のピッチ円半径よりも、弁ポートのピッチ円半径とこれに応じた弁体の半径を小さくできるので、弁体の回転に必要なの駆動トルクを低減することができる。
【００７５】
なお、継手部材の互いに離間されている継手間角度よりも、中間板の連通用開口部を介して継手部材に連通接続される２つの弁ポートのポート間角度度を小さくしているので、電動式アクチュエータにより弁体を回転駆動する回転角を小さくできる。また、弁体の回転中心側に偏倚して開口されている弁ポートは弁体の回転方向に沿った円弧状をなしているので、弁体の回転に必要な電動式アクチュエータの駆動トルクを増大することなく、弁体の半径を小さく保って大流量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電動式切換弁の実施形態１を示す断面図である。構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は実施形態１の電動式切換弁の各切換位置状態を示す図である。
【図３】実施形態１の電動式切換弁の要部の分解斜視図である。
【図４】実施形態１の電動式切換弁の貫通孔と弁ポートとの配置関係を示す拡大平面図である。
【図５】実施形態１の電動式切換弁の貫通孔と弁ポートとの配置関係を示す拡大断面図である。
【図６】実施形態１の電動式切換弁の基点出しストッパ部分の拡大平面図である。
【図７】（ａ）は実施形態１の電動式切換弁の弁体の拡大断面図、（ｂ）は同じくそれの首振り動作を示す拡大断面図である。
【図８】この発明による電動式切換弁の実施形態２を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は実施形態２の電動式切換弁の各切換位置状態を示す図である。
【図１０】実施形態２の電動式切換弁の要部の分解斜視図である。
【図１１】実施形態２の電動式切換弁の貫通孔と弁ポートとの配置関係を示す拡大平面図である。
【図１２】この発明による電動式切換弁の使用例を示す冷媒回路図である。
【図１３】この発明による電動式切換弁の他の使用例を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１０電動式切換弁
１１底蓋部材
１１Ｂ貫通孔（Ａポート、入口ポートＡ）
１１Ｃ貫通孔（Ｂポート、出口ポートＢ）
１１Ｄ貫通孔（Ｃポート、出口ポートＣ）
１２ケース
１４、１５、１６管継手
１７中間板
１７Ｅ、１７Ｆ連絡開口
１７Ｇストッパ片
１８緩衝用ばね
１９弁座シート
１９Ｃ、１９Ｄ弁ポート
２０弁体
２０Ａ平面弁部
２１中心軸
２３押さえばね
３０ステッピングモータ
３１ロータ
３２ステータ組立体

Claims

弁室内の平らな底面に複数個の弁ポートが開口し、前記弁室内に中心軸を中心に回転可能に設けられて端面にて前記弁室底面に摺接し回転位置に応じて前記弁ポートの接続を切り換える弁体を有し、電動式アクチュエータにより前記弁体を回転駆動する電動式切換弁において、
前記弁室の底部が、継手部材が挿入されて接続される貫通孔を有する底蓋部材と、前記中心軸が貫通する中心孔を有し、該中心孔の中心軸線と同心の同一円弧線上に前記弁ポートが開口し前記弁体の端面が摺接する弁シート部材と、前記底蓋部材と前記弁シート部材とに挟まれ前記継手部材と前記弁ポートとを連通接続する連通用開口部と前記中心軸の一端が嵌合する軸支持孔とを有する中間板との積層構造体により構成され、前記弁ポートの少なくとも一つは、当該弁ポートの開口縁の一部が当該弁ポートと前記連通用開口部を介して連通接続される前記継手部材が挿入される前記貫通孔の開口縁から外れるように、前記弁体の回転中心側に偏倚して開口されている電動式切換弁。
前記弁ポートが２つであり、該２つの弁ポートは、互いに離間されているポート間角度が当該弁ポートと前記連通用開口部を介してそれぞれ連通接続される前記継手部材の継手間角度よりも小さくなる位置に開口されている請求項１記載の電動式切換弁。
前記弁体の回転中心側に偏倚して開口されている前記弁ポートは前記弁体の回転方向に沿った円弧状をなしている請求項１記載の電動式切換弁。
前記弁シート部材は、エッチング加工板により構成されている請求項１〜３の何れか１項記載の電動式切換弁。
前記弁体の回転中心側に偏倚して開口されている前記弁ポートは、前記弁室に常時連通している一つの入口ポートと、前記弁体の回転方向に互いに離れた位置に開口した二つの出口ポートとからなり、前記弁体の回転位置に応じて前記入口ポートと前記二つの出口ポートとの接続が切り換えられる請求項１〜４の何れか１項記載の電動式切換弁。
前記電動式アクチュエータはステッピングモータであり、当該ステッピングモータのロータが前記弁体とトルク伝達関係で係合し、前記弁体は、当該弁体に形成された中心孔に、前記中間板より支持された中心軸が回転可能に係合していることにより、回転中心を設定されており、前記弁体の中心孔がテーパ孔形状であることにより、前記中心軸に対して首振り傾斜可能であり、ばねによって前記弁ポートの開口面に押し付けられている請求項１〜５の何れか１項記載の電動式切換弁。
前記電動式アクチュエータはステッピングモータであり、当該ステッピングモータのロータの回転方向のストッパとして前記弁室の前記底面に突出部が形成され、前記突出部に緩衝用のコイルばねが取り付けられている請求項１〜６の何れか１項記載の電動式切換弁。