JP4683159B1 - ロータリー弁 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロータリー弁の駆動トルクを低減する。
【解決手段】連通路21を有して所定の軸心回りに回転する可動弁体を設ける。この可動弁体に軸心方向の一方側から対向する第1弁座10を設ける。第1弁座10には、複数の接続ポートを形成しておく。また、可動弁体に第1弁座10とは反対面側から対向する第2弁座30を設ける。第1、及び第2弁座10,30は、可動弁体とそれぞれ所定の隙間を持つように配置する。連通路21は、軸心方向に可動弁体を貫通させる。そして、第1弁座10、第2弁座30側で、連通路21内の空間と隙間で形成された空間とをシールするように連通路21の周囲に第1、及び第2シール部材40,41を配置する。
【選択図】図3
【解決手段】連通路21を有して所定の軸心回りに回転する可動弁体を設ける。この可動弁体に軸心方向の一方側から対向する第1弁座10を設ける。第1弁座10には、複数の接続ポートを形成しておく。また、可動弁体に第1弁座10とは反対面側から対向する第2弁座30を設ける。第1、及び第2弁座10,30は、可動弁体とそれぞれ所定の隙間を持つように配置する。連通路21は、軸心方向に可動弁体を貫通させる。そして、第1弁座10、第2弁座30側で、連通路21内の空間と隙間で形成された空間とをシールするように連通路21の周囲に第1、及び第2シール部材40,41を配置する。
【選択図】図3
Description
本発明は、連通路が形成された可動弁体を回転駆動して複数の接続ポート間の連通状態を制御するロータリー弁に関するものである。
冷媒回路において冷媒(例えば二酸化炭素)を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機(冷凍装置)では、運転状態を冷房運転と暖房運転の何れかに切り換えるために、四路切換弁か設けられる。このような四路切換弁には、一例として、連通路が形成された可動弁体で、複数の接続ポート間の連通状態を制御するロータリー弁がある(例えば特許文献1を参照)。
特許文献1に開示されたロータリー弁では、ケース内底面に四方弁用弁体(椀状体)を回転可能に取り付けている。ケース底面は3つのポートを設け、ケースの側壁には別のポートを設けている。そして、弁体を回転させることで底面の3つのポートのうちの2つを選択的に連通させるとともに、ケース内の空間で底面の他のポートと、ケース側面のポートとを連通させるようにしている。
しかしながら、特許文献1に開示された例では、ケース側面のポートにはコンプレッサの高圧ポートが接続されているので、ケース内の空間が弁体(椀状体)内の空間よりも高圧になる場合があり、両空間の差圧によって弁体がケース底面に押し付けられ、弁体を駆動するトルクが摩擦抵抗によって大きくなる。これに対しては、例えば弁体を回転駆動するモータなどを大型化することが考えられるが、弁のコストアップやサイズアップにつながり好ましくない。また、駆動時に差圧を解除する機構を設けることも考えられるが、この方式は差圧を保ったまま駆動する必要があるロータリー弁には適用できない。
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、ロータリー弁の駆動トルクを低減することを目的としている。
上記の課題を解決するため、第1の発明は、
連通路(21)が形成された可動弁体(20)が所定の軸心(M)回りに回転して、複数の接続ポート(C,D,E,S)間の連通状態を前記連通路(21)で制御するロータリー弁であって、
前記可動弁体(20)に前記軸心(M)方向の一方側から対向し、前記複数の接続ポート(C,D,E,S)が形成された第1弁座(10)と、
前記可動弁体(20)に前記第1弁座(10)とは反対面側から対向する第2弁座(30)と、
第1、及び第2シール部材(40,41)と、
を備え、
前記第1、及び第2弁座(10,30)は、前記可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置され、
前記連通路(21)は、前記軸心(M)方向に前記可動弁体(20)を貫通し、
前記第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ前記第1弁座(10)側、前記第2弁座(30)側で、前記連通路(21)内の空間と前記隙間で形成された空間とをシールするように前記連通路(21)の周囲に配置され、
前記第1シール部材(40)は、前記可動弁体(20)の回転時に前記接続ポート(C,D,E,S)を通過する部分が、該第1シール部材(40)の他の部分よりも幅広であることを特徴とする。
連通路(21)が形成された可動弁体(20)が所定の軸心(M)回りに回転して、複数の接続ポート(C,D,E,S)間の連通状態を前記連通路(21)で制御するロータリー弁であって、
前記可動弁体(20)に前記軸心(M)方向の一方側から対向し、前記複数の接続ポート(C,D,E,S)が形成された第1弁座(10)と、
前記可動弁体(20)に前記第1弁座(10)とは反対面側から対向する第2弁座(30)と、
第1、及び第2シール部材(40,41)と、
を備え、
前記第1、及び第2弁座(10,30)は、前記可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置され、
前記連通路(21)は、前記軸心(M)方向に前記可動弁体(20)を貫通し、
前記第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ前記第1弁座(10)側、前記第2弁座(30)側で、前記連通路(21)内の空間と前記隙間で形成された空間とをシールするように前記連通路(21)の周囲に配置され、
前記第1シール部材(40)は、前記可動弁体(20)の回転時に前記接続ポート(C,D,E,S)を通過する部分が、該第1シール部材(40)の他の部分よりも幅広であることを特徴とする。
この構成では、第1シール部材(40)は、前記幅広の部分で、耐久性を確保に十分な幅を確保しつつ、前記他の部分で、第2弁座(30)との接触面積を低減することが可能になる。
また、第2の発明は、
連通路(21)が形成された可動弁体(20)が所定の軸心(M)回りに回転して、複数の接続ポート(C,D,E,S)間の連通状態を前記連通路(21)で制御するロータリー弁であって、
前記可動弁体(20)に前記軸心(M)方向の一方側から対向し、前記複数の接続ポート(C,D,E,S)が形成された第1弁座(10)と、
前記可動弁体(20)に前記第1弁座(10)とは反対面側から対向する第2弁座(30)と、
第1、及び第2シール部材(40,41)と、
を備え、
前記第1、及び第2弁座(10,30)は、前記可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置され、
前記連通路(21)は、前記軸心(M)方向に前記可動弁体(20)を貫通し、
前記第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ前記第1弁座(10)側、前記第2弁座(30)側で、前記連通路(21)内の空間と前記隙間で形成された空間とをシールするように前記連通路(21)の周囲に配置され、
前記第2シール部材(41)は、前記第1シール部材(40)よりも摩擦係数が小さいことを特徴とする。
連通路(21)が形成された可動弁体(20)が所定の軸心(M)回りに回転して、複数の接続ポート(C,D,E,S)間の連通状態を前記連通路(21)で制御するロータリー弁であって、
前記可動弁体(20)に前記軸心(M)方向の一方側から対向し、前記複数の接続ポート(C,D,E,S)が形成された第1弁座(10)と、
前記可動弁体(20)に前記第1弁座(10)とは反対面側から対向する第2弁座(30)と、
第1、及び第2シール部材(40,41)と、
を備え、
前記第1、及び第2弁座(10,30)は、前記可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置され、
前記連通路(21)は、前記軸心(M)方向に前記可動弁体(20)を貫通し、
前記第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ前記第1弁座(10)側、前記第2弁座(30)側で、前記連通路(21)内の空間と前記隙間で形成された空間とをシールするように前記連通路(21)の周囲に配置され、
前記第2シール部材(41)は、前記第1シール部材(40)よりも摩擦係数が小さいことを特徴とする。
この構成では、前記第2シール部材(41)の摩擦係数が、前記第1シール部材(40)よりも小さいので、第2シール部材(41)と第2弁座(30)の間の摺動抵抗が低減する。
また、第3の発明は、
第1又は第2の発明のロータリー弁において、
前記可動弁体(20)には、弾性体で形成されて前記第1シール部材(40)を前記第1弁座(10)側に押圧する第1押圧部材(42)と、弾性体で形成されて前記第2シール部材(41)を前記第2弁座(30)側に押圧する第2押圧部材(43)とが設けられていることを特徴とする。
第1又は第2の発明のロータリー弁において、
前記可動弁体(20)には、弾性体で形成されて前記第1シール部材(40)を前記第1弁座(10)側に押圧する第1押圧部材(42)と、弾性体で形成されて前記第2シール部材(41)を前記第2弁座(30)側に押圧する第2押圧部材(43)とが設けられていることを特徴とする。
この構成により、各シール部材(40,41)は、第1、及び第2押圧部材(42,43)によって、所定の力で弁座(10,30)に押し付けられる。
また、第4の発明は、
第1又は第2の発明のロータリー弁において、
前記可動弁体(20)には、前記第1、及び第2シール部材(40,41)をそれぞれ収容する第1、及び第2溝(22,23)がそれぞれ形成され、
前記第1、及び第2押圧部材(42,43)は、それぞれ前記第1、及び第2溝(22,23)に収容されていることを特徴とする。
第1又は第2の発明のロータリー弁において、
前記可動弁体(20)には、前記第1、及び第2シール部材(40,41)をそれぞれ収容する第1、及び第2溝(22,23)がそれぞれ形成され、
前記第1、及び第2押圧部材(42,43)は、それぞれ前記第1、及び第2溝(22,23)に収容されていることを特徴とする。
この構成では、各シール部材(40,41)と各押圧部材(42,43)を溝(22,23)に収容することで、可動弁体(20)の駆動時にもこれらが確実に保持される。
第1の発明によれば、駆動トルクの低減と耐久性の向上を両立することが可能になる。
また、第2の発明によれば、第2シール部材(41)と第2弁座(30)の間の摺動抵抗が低減するので、駆動トルクを低減させることが可能になる。
また、第3の発明によれば、各シール部材(40,41)が第1、及び第2押圧部材(42,43)によって、所定の力で弁座(10,30)に押し付けられるので、より確実なシール性能を得ることが可能になる。
また、第4の発明によれば、可動弁体(20)の駆動時にシール部材(40,41)と押圧部材(42,43)とが確実に保持されるので、シール性能をより向上させることが可能になる。また、より容易にシール部材(40,41)と押圧部材(42,43)とを取り付けることも可能になる。
以下、本発明の関連技術について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
《発明の関連技術》
〈概要〉
本発明の関連技術として、ロータリー式の四路切換弁(ロータリー弁)の例を説明する。この四路切換弁は、例えば、冷媒回路において冷媒(例えば二酸化炭素)を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機(冷凍装置)に用いられ、該空気調和機の運転状態を冷房運転と暖房運転の何れかに切り換える際に使用する。図1は、本関連技術に係る四路切換弁(1)の構成を模式的に示す縦断面図である。この四路切換弁(1)は、配管を接続する4つの接続ポート(C,D,E,S)を備えている。そして、四路切換弁(1)は、接続ポート(C,D)が互いに連通し、且つ接続ポート(E,S)が互いに連通する第1の連通状態と、接続ポート(D,E)が互いに連通し、且つ接続ポート(C,S)が互いに連通する第2の連通状態の2段階に切り換えられるようになっている。なお、本発明の第1,…,第4接続ポートには、それぞれ接続ポート(S)、接続ポート(C)、接続ポート(E)、接続ポート(D)が対応している。
〈概要〉
本発明の関連技術として、ロータリー式の四路切換弁(ロータリー弁)の例を説明する。この四路切換弁は、例えば、冷媒回路において冷媒(例えば二酸化炭素)を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う空気調和機(冷凍装置)に用いられ、該空気調和機の運転状態を冷房運転と暖房運転の何れかに切り換える際に使用する。図1は、本関連技術に係る四路切換弁(1)の構成を模式的に示す縦断面図である。この四路切換弁(1)は、配管を接続する4つの接続ポート(C,D,E,S)を備えている。そして、四路切換弁(1)は、接続ポート(C,D)が互いに連通し、且つ接続ポート(E,S)が互いに連通する第1の連通状態と、接続ポート(D,E)が互いに連通し、且つ接続ポート(C,S)が互いに連通する第2の連通状態の2段階に切り換えられるようになっている。なお、本発明の第1,…,第4接続ポートには、それぞれ接続ポート(S)、接続ポート(C)、接続ポート(E)、接続ポート(D)が対応している。
以下、四路切換弁(1)の構成について説明する。なお、「連通状態の制御」とは、本関連技術の四路切換弁(1)では、接続ポートの接続関係を切り換える制御を意味するが、本発明の「連通状態の制御」とは、その他にも、弁を開状態及び閉状態の2段階に切替える制御や、流体の流量を連続的に変更する制御等の種々の制御を含む概念である。
《四路切換弁(1)の構成》
四路切換弁(1)は、図1に示すように、可動弁体(20)、第1、及び第2弁座(10,30)、第1、及び第2シール部材(40,41)、第1、及び第2押圧部材(42,43)を備え、これらがケーシング(50)に収容されている。このケーシング(50)は、密閉ドーム型の圧力容器である。
四路切換弁(1)は、図1に示すように、可動弁体(20)、第1、及び第2弁座(10,30)、第1、及び第2シール部材(40,41)、第1、及び第2押圧部材(42,43)を備え、これらがケーシング(50)に収容されている。このケーシング(50)は、密閉ドーム型の圧力容器である。
〈第1弁座(10)〉
図2は、第1弁座(10)、及び可動弁体(20)の構成を示す平面図である。第1弁座(10)は、円盤状の形態をしていて、ケーシング(50)に固定されている。この例では、第1弁座(10)は、ケーシング(50)の底面側の蓋も兼ねている(図1を参照)。
図2は、第1弁座(10)、及び可動弁体(20)の構成を示す平面図である。第1弁座(10)は、円盤状の形態をしていて、ケーシング(50)に固定されている。この例では、第1弁座(10)は、ケーシング(50)の底面側の蓋も兼ねている(図1を参照)。
また、この第1弁座(10)には、図2に示すように、四路切換弁(1)用の4つの接続ポート(C,D,E,S)が形成されている。これらの接続ポート(C,D,E,S)には、配管がそれぞれ接続される。これらの接続ポート(C,D,E,S)は、何れも同一直径の円形穴であり、第1弁座(10)の外周縁の近傍に配置されている。詳しくは、これらの接続ポート(C,D,E,S)は、同一の仮想円上に、それぞれの穴中心が位置するように、所定の角度間隔(α)で配置されている。この例ではα=90°である。
〈可動弁体(20)〉
可動弁体(20)は、平面形状が扇形(この例では概ね半円形)をしていて、第1弁座(10)の上面(図1における上)側に配置されている。可動弁体(20)には、モータ(図示は省略)の駆動軸(60)が取り付けられ、該駆動軸(60)の軸心(M)回りに回転駆動される。すなわち、可動弁体(20)は、第1弁座(10)に対して回転方向に相対変位する。なお、可動弁体(20)の下面側には、該可動弁体(20)を回転可能に支持するピン(24)が設けられている。また、前記第1弁座(10)には、ピン状のストッパー(11)が設けてあり、可動弁体(20)の回転方向位置を一定範囲に規制している。
可動弁体(20)は、平面形状が扇形(この例では概ね半円形)をしていて、第1弁座(10)の上面(図1における上)側に配置されている。可動弁体(20)には、モータ(図示は省略)の駆動軸(60)が取り付けられ、該駆動軸(60)の軸心(M)回りに回転駆動される。すなわち、可動弁体(20)は、第1弁座(10)に対して回転方向に相対変位する。なお、可動弁体(20)の下面側には、該可動弁体(20)を回転可能に支持するピン(24)が設けられている。また、前記第1弁座(10)には、ピン状のストッパー(11)が設けてあり、可動弁体(20)の回転方向位置を一定範囲に規制している。
この可動弁体(20)には、貫通孔(21)(連通路)が形成されている。貫通孔(21)は、第1弁座(10)の所定の接続ポート(C,D,E,S)間の連通状態の切換に使用する。例えば、図2(A)は、貫通孔(21)が接続ポート(E,S)上に位置して、接続ポート(E,S)間を連通させている状態を例示し、図2(B)は、貫通孔(21)が接続ポート(C,S)上に位置して、接続ポート(C,S)間を連通させている状態を例示している。接続ポート(C,S)間が連通した状態では、可動弁体(20)は接続ポート(C,S)にのみ重なり、接続ポート(D,E)には重ならないようになっている。これにより、接続ポート(D,E)は、ケーシング(50)内の空間に開放され、接続ポート(D,E)間は、ケーシング(50)内の空間で互いに連通する(図2(B)参照)。すなわち、図2(B)に示した状態は、四路切換弁(1)の第2の連通状態に対応している。
この状態から、可動弁体(20)が反時計回りに回転して、貫通孔(21)が接続ポート(E,S)上に来ると、該接続ポート(E,S)間が連通される。接続ポート(E,S)間が連通した状態では、図2(A)に示すように、可動弁体(20)は、接続ポート(E,S)にのみ重なり、接続ポート(C,D)には重ならないようになっている。これにより、接続ポート(C,D)は、ケーシング(50)内の空間に開放され、接続ポート(C,D)間は、ケーシング(50)内の空間で互いに連通する。すなわち、第1の連通状態に対応している。
上記の切換を実現するため、貫通孔(21)は、以下のように形状等が設定されている。すなわち、この例では貫通孔(21)は、平面視の形状が円弧状で幅が一定の貫通孔である。また、貫通孔(21)は、その幅方向の中心を通る円弧(以下、中心円弧という。図2を参照)が、接続ポート(C,D,E,S)の位置を定める仮想円(前述)と同曲率かつ同心に設定されている。貫通孔(21)の幅は、接続ポート(C,D,E,S)の穴径と同じ、若しくはやや大きめに設定されている。
貫通孔(21)の中心円弧長、すなわち中心円弧の中心角は、連通を制御する接続ポート(E,S)の角度間隔(α)(この例では90°)に合わせておけば、接続ポートの間を第1、及び第2の連通状態の各状態に切換できるのであるが、この四路切換弁(1)では、貫通孔(21)の中心円弧における中心角を、角度間隔(α)よりも大きめにしてある(図2を参照)。図2(A)の例(第2の連通状態)は、可動弁体(20)が反時計回りに最大限回転した状態であり、可動弁体(20)がストッパー(11)に当接している。この状態では、貫通孔(21)は、一端が接続ポート(S)に接している。
〈第2弁座(30)〉
第2弁座(30)は、円盤状の形態をしていて、ケーシング(50)に固定されている(図1を参照)。この第2弁座(30)は中央部分に軸受(図示は省略)がはめ込まれ、該軸受にモータの駆動軸(60)が嵌め込まれるようになっている。なお、駆動軸(60)は、ケーシング(50)の上部側の蓋(51)を貫通し、前記モータと繋がっている。なお、ケーシング(50)内空間がケーシング(50)外部と連通しないようにしておく必要があるが、これには、例えば駆動軸(60)と蓋(51)の間にシールを設けたり、モータ自体をケーシング(50)内に収容する等しておくとよい。
第2弁座(30)は、円盤状の形態をしていて、ケーシング(50)に固定されている(図1を参照)。この第2弁座(30)は中央部分に軸受(図示は省略)がはめ込まれ、該軸受にモータの駆動軸(60)が嵌め込まれるようになっている。なお、駆動軸(60)は、ケーシング(50)の上部側の蓋(51)を貫通し、前記モータと繋がっている。なお、ケーシング(50)内空間がケーシング(50)外部と連通しないようにしておく必要があるが、これには、例えば駆動軸(60)と蓋(51)の間にシールを設けたり、モータ自体をケーシング(50)内に収容する等しておくとよい。
〈可動弁体(20)、第1、及び第2弁座(10,30)の配置〉
この四路切換弁(1)では、第1、及び第2弁座(10,30)は、可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置されている。この例では、可動弁体(20)の下面側はピン(24)で第1弁座(10)との間隔を持たせてある。これらの隙間は、本関連技術では、0.5mmに設定している。このようにすることで、シール部材(40,41)が変形しても、可動弁体(20)と弁座(10,30)の隙間が確実に確保される。
この四路切換弁(1)では、第1、及び第2弁座(10,30)は、可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置されている。この例では、可動弁体(20)の下面側はピン(24)で第1弁座(10)との間隔を持たせてある。これらの隙間は、本関連技術では、0.5mmに設定している。このようにすることで、シール部材(40,41)が変形しても、可動弁体(20)と弁座(10,30)の隙間が確実に確保される。
〈可動弁体(20)におけるシール〉
この四路切換弁(1)では、第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ第1弁座(10)側、第2弁座(30)側で、連通路(21)内の空間と前記隙間とをシールするように連通路(21)の周囲に配置している(図2を参照)。図3は、図1におけるシール部分の拡大図である。図3に示すように、この可動弁体(20)には方形断面の第1、及び第2溝(22,23)を、可動弁体(20)の下面側、及び上面側にそれぞれ形成してあり、これらの溝に第1、及び第2シール部材(40,41)をそれぞれ嵌め込んである。この例では、第1、及び第2シール部材(40,41)は、断面形状が方形である。また、この例では、第1、及び第2シール部材(40,41)には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン:Polytetrafluoroethylene)で構成したパッキンを採用している。なお、このPTFEは例示であり、使用条件(流体の圧力や流体の物性など)などに応じて適宜選択すればよい。例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド:Poly Phenylene Sulfide)やPEEK(ポリエーテル・エーテル・ケトン:polyetheretherketone)等の採用も可能である。
この四路切換弁(1)では、第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ第1弁座(10)側、第2弁座(30)側で、連通路(21)内の空間と前記隙間とをシールするように連通路(21)の周囲に配置している(図2を参照)。図3は、図1におけるシール部分の拡大図である。図3に示すように、この可動弁体(20)には方形断面の第1、及び第2溝(22,23)を、可動弁体(20)の下面側、及び上面側にそれぞれ形成してあり、これらの溝に第1、及び第2シール部材(40,41)をそれぞれ嵌め込んである。この例では、第1、及び第2シール部材(40,41)は、断面形状が方形である。また、この例では、第1、及び第2シール部材(40,41)には、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン:Polytetrafluoroethylene)で構成したパッキンを採用している。なお、このPTFEは例示であり、使用条件(流体の圧力や流体の物性など)などに応じて適宜選択すればよい。例えば、PPS(ポリフェニレンサルファイド:Poly Phenylene Sulfide)やPEEK(ポリエーテル・エーテル・ケトン:polyetheretherketone)等の採用も可能である。
また、四路切換弁(1)では、弾性体で形成されて第1シール部材(40)を第1弁座(10)側に押圧する第1押圧部材(42)と、同様に弾性体で形成されて第2シール部材(41)を第2弁座(30)側に押圧する第2押圧部材(43)とが設けられている。この例では、第1押圧部材(42)は、第1溝(22)の底面側に嵌め込んであり、その外側(図3では第1押圧部材(42)の下側)に第1シール部材(40)を嵌め込んである。同様に、第2押圧部材(43)を、第2溝(23)の底面側に嵌め込んであり、その外側(図3では第2押圧部材の上側)に第2シール部材(41)を嵌め込んである。この例では第1、及び第2押圧部材(42,43)は、いわゆるOリングを採用している。なお、このOリングも例示であり、例えば皿バネなど弾性体として機能する種々の部材を採用できる。
《四路切換弁(1)の駆動トルク》
本関連技術の四路切換弁(1)では、貫通孔(21)内の空間よりもケーシング(50)内の空間の圧力が高い場合には、それぞれの空間同士の差圧に応じた力が第1、及び第2シール部材(40,41)にそれぞれ作用するが、この力の方向は、各シール部材(40,41)を概ね内側(貫通孔(21)内側)に押す方向である。また、可動弁体(20)には、第1、及び第2押圧部材(42,43)の押圧力及び各シール部材(40,41)自体の弾性によって、軸心(M)方向の力も作用する。これらの合成力は概ね図3に示した矢印の方向に作用する。すなわち、この四路切換弁(1)では、パッキン(第1、及び第2シール部材(40,41))が弁座(10,30)に密着する力(密着力)のみがかかる。この密着力は、従来のロータリー弁において差圧で可動弁体が弁座に押さえつけられる際の力と比べれば小さい。
本関連技術の四路切換弁(1)では、貫通孔(21)内の空間よりもケーシング(50)内の空間の圧力が高い場合には、それぞれの空間同士の差圧に応じた力が第1、及び第2シール部材(40,41)にそれぞれ作用するが、この力の方向は、各シール部材(40,41)を概ね内側(貫通孔(21)内側)に押す方向である。また、可動弁体(20)には、第1、及び第2押圧部材(42,43)の押圧力及び各シール部材(40,41)自体の弾性によって、軸心(M)方向の力も作用する。これらの合成力は概ね図3に示した矢印の方向に作用する。すなわち、この四路切換弁(1)では、パッキン(第1、及び第2シール部材(40,41))が弁座(10,30)に密着する力(密着力)のみがかかる。この密着力は、従来のロータリー弁において差圧で可動弁体が弁座に押さえつけられる際の力と比べれば小さい。
《本関連技術における効果》
以上のように、本関連技術によれば、より小さな駆動トルクで四路切換弁(1)(ロータリー弁)を駆動できる。そして、駆動トルクを低減できれば、モータを大型化する必要がなくコストの低減も可能になる。
以上のように、本関連技術によれば、より小さな駆動トルクで四路切換弁(1)(ロータリー弁)を駆動できる。そして、駆動トルクを低減できれば、モータを大型化する必要がなくコストの低減も可能になる。
また、駆動時に差圧を解除する機構など特別の機構を追加する必要もない。
また、この四路切換弁(1)では、可動弁体(20)と各弁座(10,30)の隙間を0.5mmに設定して、シール部材(40,41)が変形しても可動弁体(20)と弁座(10,30)の隙間が確実に確保されるようにしている。それゆえ、確実に駆動トルクを低減させることが可能になる。
《発明の実施形態》
図4は、本発明の実施形態にかかる可動弁体(20)、及び第1シール部材(40)の構成を示す平面図である。本実施形態では、接続ポート(C,D,E,S)側に位置するシール部材、すなわち第1シール部材(40)は、図4に示すように、前記可動弁体(20)の回転時に前記接続ポート(C,D,E,S)を通過する部分が、該第1シール部材(40)の他の部分よりも幅広の幅広部(40a)を有している。この幅広部(40a)の具体的な幅は、前記第1シール部材(40)の耐久性を考慮して決定する。実施形態では、幅広部(40a)の幅は上記関連技術の相当部分と同等の幅にしてある。また、第1シール部材(40)において、可動弁体(20)の回転時に接続ポート(C,D,E,S)上を通過しない部分は、上記関連技術の第1シール部材(40)の相当部分よりも幅を狭くしてある(この部分を幅狭部(40b)とよぶ)。なお、耐久性からは、幅広部(40a)とする部位は、接続ポート(C,D,E,S)上を通過する部分だけがよいのだが、その部分だけ幅広にすると、幅狭部(40b)との境界で幅が急変するので、幅広部(40a)と幅狭部(40b)とをなだらかなラインで繋いである。そのため、この例では、耐久性に影響しない部分でも、若干幅広になっている部分がある。
図4は、本発明の実施形態にかかる可動弁体(20)、及び第1シール部材(40)の構成を示す平面図である。本実施形態では、接続ポート(C,D,E,S)側に位置するシール部材、すなわち第1シール部材(40)は、図4に示すように、前記可動弁体(20)の回転時に前記接続ポート(C,D,E,S)を通過する部分が、該第1シール部材(40)の他の部分よりも幅広の幅広部(40a)を有している。この幅広部(40a)の具体的な幅は、前記第1シール部材(40)の耐久性を考慮して決定する。実施形態では、幅広部(40a)の幅は上記関連技術の相当部分と同等の幅にしてある。また、第1シール部材(40)において、可動弁体(20)の回転時に接続ポート(C,D,E,S)上を通過しない部分は、上記関連技術の第1シール部材(40)の相当部分よりも幅を狭くしてある(この部分を幅狭部(40b)とよぶ)。なお、耐久性からは、幅広部(40a)とする部位は、接続ポート(C,D,E,S)上を通過する部分だけがよいのだが、その部分だけ幅広にすると、幅狭部(40b)との境界で幅が急変するので、幅広部(40a)と幅狭部(40b)とをなだらかなラインで繋いである。そのため、この例では、耐久性に影響しない部分でも、若干幅広になっている部分がある。
また、本実施形態では、第2シール部材(41)は、前記第1シール部材(40)よりも摩擦係数が小さい材料で構成してある。具体的には、本実施形態では、第1シール部材(40)には、PPSを採用し、第2シール部材(41)には、PPSよりも摩擦係数が小さいPTFE(例えばテフロン(登録商標))を採用している。
《本実施形態における効果》
貫通孔(21)内の空間よりもケーシング(50)内の空間の圧力が高い場合には、それぞれの空間同士の差圧によって、第1シール部材(40)は、可動弁体(20)が回転して接続ポート(C,D,E,S)上を該第1シール部材(40)が通過する際に、接続ポート(C,D,E,S)の部分で撓むことになる。図5は、接続ポート(C,D,E,S)上を第1シール部材(40)が通過する際における該第1シール部材(40)の状態を説明する図であり、同図の破線が第1シール部材(40)の変形形状を例示している。このような変形があった場合に、第1シール部材(40)に十分な耐久性がないと、シール性能が低下したり、第1シール部材(40)が破損しやすくなる可能性がある。この点、本実施形態の第1シール部材(40)は、前記可動弁体(20)の回転時に前記接続ポート(C,D,E,S)を通過する部分を該第1シール部材(40)の他の部分よりも幅広にしてあるので、その部分の剛性を十分に確保することが可能になる。このように剛性を十分に確保できると、前記差圧が作用した際の第1シール部材(40)の撓みがより小さくなり、その結果、本実施形態では、耐久性の確保が可能になるのである。なお、第1シール部材(40)の材料として用いたPPSは、第2シール部材(41)に用いたテフロン(登録商標)よりも硬度が大きいので、この点からも、耐久性能がより向上する。
貫通孔(21)内の空間よりもケーシング(50)内の空間の圧力が高い場合には、それぞれの空間同士の差圧によって、第1シール部材(40)は、可動弁体(20)が回転して接続ポート(C,D,E,S)上を該第1シール部材(40)が通過する際に、接続ポート(C,D,E,S)の部分で撓むことになる。図5は、接続ポート(C,D,E,S)上を第1シール部材(40)が通過する際における該第1シール部材(40)の状態を説明する図であり、同図の破線が第1シール部材(40)の変形形状を例示している。このような変形があった場合に、第1シール部材(40)に十分な耐久性がないと、シール性能が低下したり、第1シール部材(40)が破損しやすくなる可能性がある。この点、本実施形態の第1シール部材(40)は、前記可動弁体(20)の回転時に前記接続ポート(C,D,E,S)を通過する部分を該第1シール部材(40)の他の部分よりも幅広にしてあるので、その部分の剛性を十分に確保することが可能になる。このように剛性を十分に確保できると、前記差圧が作用した際の第1シール部材(40)の撓みがより小さくなり、その結果、本実施形態では、耐久性の確保が可能になるのである。なお、第1シール部材(40)の材料として用いたPPSは、第2シール部材(41)に用いたテフロン(登録商標)よりも硬度が大きいので、この点からも、耐久性能がより向上する。
ところで、可動弁体(20)の駆動トルクは、理論的には、図6に示すように、各シール部材(40,41)と弁座(10,30)の接触面積に比例する。そのため、耐久性を確保あるいは向上させるために、前記のように第1シール部材(40)を幅広にすると、可動弁体(20)の駆動トルクが大きくなるとも考えられる。しかしながら、本実施形態では、可動弁体(20)の回転時に接続ポート(C,D,E,S)上を通過しない部分は、通過する部分よりも幅が狭くなっている。そのため、本実施形態では、第1シール部材(40)と第1弁座(10)との接触面積を低減することが可能になる。本願発明者が試作した例では、上記関連技術では、前記接面積がおよそ423mm2であったのに対し、実施形態では、該接触面積がおよそ305mm2に低減できた。この試作例で、駆動トルクを測定したところ、本実施形態では、上記関連技術と比べ、可動弁体(20)の駆動トルクを約18%低減させることができた。
以上のように、本実施形態によれば、駆動トルクの低減と耐久性の向上を両立することが可能になるのである。
また、本実施形態では、第2シール部材(41)の摩擦係数を、前記第1シール部材(40)よりも小さくしたので、第2シール部材(41)と第2弁座(30)の間の摺動抵抗が低減し、その結果、前記駆動トルクをより低減させることが可能になる。この第2シール部材(41)は、第1シール部材(40)のように接続ポート(C,D,E,S)上を通過しないので、第1シール部材(40)に比べて耐久性では有利であり、このような材料選択が可能になる。
《その他の実施形態》
なお、上記の四路切換弁は例示であり、本発明は他の形式の弁にも応用できる。具体的には、例えば2つの接続ポート間を開閉制御する開閉弁や、2つの接続ポート間の流量を連続的に制御する流量制御弁(例えば冷媒回路に使用する膨張弁など)に応用することが考えられる。
なお、上記の四路切換弁は例示であり、本発明は他の形式の弁にも応用できる。具体的には、例えば2つの接続ポート間を開閉制御する開閉弁や、2つの接続ポート間の流量を連続的に制御する流量制御弁(例えば冷媒回路に使用する膨張弁など)に応用することが考えられる。
また、上記関連技術でも、上記実施形態と同様に、第2シール部材(41)の摩擦係数が、前記第1シール部材(40)よりも小さくなるように、第1、及び第2シール部材(40,41)の材質を設定してもよい。
本発明は、連通路が形成された可動弁体を回転駆動して複数の接続ポート間の連通状態を制御するロータリー弁として有用である。
1 四路切換弁(ロータリー弁)
10 第1弁座
20 可動弁体
21 貫通孔(連通路)
22 第1溝
23 第2溝
30 第2弁座
40 第1シール部材
41 第2シール部材
42 第1押圧部材
43 第2押圧部材
50 ケーシング(密閉容器)
C 接続ポート
D 接続ポート
E 接続ポート
S 接続ポート
M 軸心
10 第1弁座
20 可動弁体
21 貫通孔(連通路)
22 第1溝
23 第2溝
30 第2弁座
40 第1シール部材
41 第2シール部材
42 第1押圧部材
43 第2押圧部材
50 ケーシング(密閉容器)
C 接続ポート
D 接続ポート
E 接続ポート
S 接続ポート
M 軸心
Claims (4)
- 連通路(21)が形成された可動弁体(20)が所定の軸心(M)回りに回転して、複数の接続ポート(C,D,E,S)間の連通状態を前記連通路(21)で制御するロータリー弁であって、
前記可動弁体(20)に前記軸心(M)方向の一方側から対向し、前記複数の接続ポート(C,D,E,S)が形成された第1弁座(10)と、
前記可動弁体(20)に前記第1弁座(10)とは反対面側から対向する第2弁座(30)と、
第1、及び第2シール部材(40,41)と、
を備え、
前記第1、及び第2弁座(10,30)は、前記可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置され、
前記連通路(21)は、前記軸心(M)方向に前記可動弁体(20)を貫通し、
前記第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ前記第1弁座(10)側、前記第2弁座(30)側で、前記連通路(21)内の空間と前記隙間で形成された空間とをシールするように前記連通路(21)の周囲に配置され、
前記第1シール部材(40)は、前記可動弁体(20)の回転時に前記接続ポート(C,D,E,S)を通過する部分が、該第1シール部材(40)の他の部分よりも幅広であることを特徴とするロータリー弁。 - 連通路(21)が形成された可動弁体(20)が所定の軸心(M)回りに回転して、複数の接続ポート(C,D,E,S)間の連通状態を前記連通路(21)で制御するロータリー弁であって、
前記可動弁体(20)に前記軸心(M)方向の一方側から対向し、前記複数の接続ポート(C,D,E,S)が形成された第1弁座(10)と、
前記可動弁体(20)に前記第1弁座(10)とは反対面側から対向する第2弁座(30)と、
第1、及び第2シール部材(40,41)と、
を備え、
前記第1、及び第2弁座(10,30)は、前記可動弁体(20)とそれぞれ所定の隙間を持つように配置され、
前記連通路(21)は、前記軸心(M)方向に前記可動弁体(20)を貫通し、
前記第1、及び第2シール部材(40,41)は、それぞれ前記第1弁座(10)側、前記第2弁座(30)側で、前記連通路(21)内の空間と前記隙間で形成された空間とをシールするように前記連通路(21)の周囲に配置され、
前記第2シール部材(41)は、前記第1シール部材(40)よりも摩擦係数が小さいことを特徴とするロータリー弁。 - 請求項1又は請求項2のロータリー弁において、
前記可動弁体(20)には、弾性体で形成されて前記第1シール部材(40)を前記第1弁座(10)側に押圧する第1押圧部材(42)と、弾性体で形成されて前記第2シール部材(41)を前記第2弁座(30)側に押圧する第2押圧部材(43)とが設けられていることを特徴とするロータリー弁。 - 請求項1又は請求項2のロータリー弁において、
前記可動弁体(20)には、前記第1、及び第2シール部材(40,41)をそれぞれ収容する第1、及び第2溝(22,23)がそれぞれ形成され、
前記第1、及び第2押圧部材(42,43)は、それぞれ前記第1、及び第2溝(22,23)に収容されていることを特徴とするロータリー弁。
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