JP4958966B2

JP4958966B2 - 切換弁

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Publication number: JP4958966B2
Application number: JP2009275238A
Authority: JP
Inventors: 知之上野
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2029-12-03
Also published as: JP2011117528A; CN102086943A

Description

本発明は、ヒートポンプ式の冷凍サイクル等の冷媒の流路を切り換える四方切換弁や三方切換弁等の流体の流路を切り換える切換弁に関する。

従来、四方切換弁として、例えば、特開２００６−２００６５４号公報（特許文献１）及び特開２００５−１１３９９０号公報（特許文献２）に開示されたものがある。これらの四方切換弁は、弁座に形成されて弁室に開口する３つのポートと、弁座以外で弁室に開口する１つのポートと、弁座上を摺動する凹部（連通用凹所）を有する弁体とを備え、弁体を移動することにより、弁座の中央のポートとその両脇の各々のポートとの間を凹部によって択一的に導通するものである。

図６は特許文献１において従来例として説明している弁座と弁体の構造を示す図、図７は特許文献１の発明における弁座と弁体の構造を示す図、図８は特許文献２の発明における弁座と弁体の構造を示す図である。

図６のものは、弁座６１の３つのポート６１ａ，６１ｂ，６１ｃが直線的に並んでおり、弁体６２及び凹部６２ａは長円形状になっている。また、配管接続孔６１ｄ，６１ｅ，６１ｆはポート６１ａ，６１ｂ，６１ｃから芯がずれている。図７のものは、弁座７１の３つのポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃを千鳥（三角）に配置したものであり、弁体７２及び凹部７２ａは瓢箪型になっている。また、配管接続孔７１ｄ，７１ｅ，７１ｆはポート７１ａ，７１ｂ，７１ｃから芯がずれている。図８のものは、弁座８１の３つのポート８１ａ，８１ｂ，８１ｃが直線から離れて配置したものであり、弁体８２及び凹部８２ａは矩形状になっている。また、配管接続孔８１ｄ，８１ｅ，８１ｆはポート８１ａ，８１ｂ，８１ｃから芯がずれている。

特開２００６−２００６５４号公報特開２００５−１１３９９０号公報

図６のものは、弁座６１の３つのポート６１ａ，６１ｂ，６１ｃが直線的に並んでいるので、各ポートに接続する配管（キャピラリ）が互いに緩衝するのを避けるために、３つのポートの間隔を長くする必要がある。これに伴い、弁体を駆動（移動）するプランジャの移動ストロークが大きくなるため、プランジャを駆動する電磁コイルの吸引力を大きくする必要があった。このため、駆動部が大きくなるとともに消費電力が大きくなるという問題があった。

図７及び図８のものは、図６のものよりはプランジャの移動ストロークが小さくなる。しかしながら、この場合には、弁体７２，８２の凹部７２ａ，８２ａの形状が大きくなり、弁体７２，８２に加わる流体の差圧が大きくなる。すなわち、この構造では、受圧面積が大きくなっているので摺動抵抗が大きく、移動ストロークを小さくしたメリットは少なく、改良の余地がある。

本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、弁体及びプランジャの移動ストロークを小さくしながら、弁体の受圧面積を小さくした切換弁を提供することを課題とする。

請求項１の切換弁は、弁室内に第１のポートと第２のポートと第３のポートとを開口する弁座と、前記第１乃至第３のポートにそれぞれ接続される配管と、前記弁座上を摺動する凹部を有する弁体と、前記弁体を直線的に移動するプランジャを有する駆動部とを備え、前記弁体を移動することにより、前記弁座の１つのポートとその両脇の各々のポートとの間を前記凹部によって択一的に導通する切換弁において、前記第１のポートの開口部を中心にして前記第２のポートの開口部と前記第３のポートとの開口部とが直線的に配置されるとともに、前記第１乃至第３のポートはプランジャの移動方向の軸に対して直角な方向に各々の開口部から真っ直ぐ延びるように形成され、前記第１のポートの中心軸に対して、前記第２のポートの中心軸と前記第３のポートの中心軸とを、前記プランジャの移動方向の軸回りの同じ方向に傾斜させたことを特徴とする。

請求項２の切換弁は、請求項１に記載の切換弁であって、前記第１乃至第３のポートの前記中心軸に直交する断面の形状が矩形であることを特徴とする切換弁。

請求項３の切換弁は、請求項１に記載の切換弁であって、前記第１乃至第３のポートの前記中心軸に直交する断面の形状が円形であることを特徴とする切換弁。

請求項４の切換弁は、請求項１に記載の切換弁であって、前記弁室に第４のポートが開口され、前記弁体の移動により前記第１ポートに対して非導通となる第２のポートまたは第３のポートを前記弁室を介して前記第４のポートに導通する四方切換弁であることを特徴とする切換弁。
請求項５の切換弁は、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の切換弁であって、前記弁座に、前記第１乃至第３のポートの各々と連通する配管接続孔がそれぞれ形成され、各配管接続孔が対応するポートと一直線上に形成されていることを特徴とする。

請求項１の切換弁によれば、第１乃至第３のポートはプランジャの移動方向の軸に対して直角な方向に各々の開口部から真っ直ぐ延びるように形成され、第２のポートと第３のポートは第１のポートの両側に配置され、第１のポートの中心軸に対して第２のポートの中心軸と第３のポートの中心軸がプランジャの移動方向の軸回りの同じ方向に傾斜しているので、これらのポートの開口部を極力接近させても、これらのポートに接続される配管同士が緩衝することがない。したがって、各ポートの開口部が並ぶ方向の弁体の移動ストロークを小さくできるとともに、弁体の凹部を直線的に配置された開口部の２つの開口部を覆う最小の面積にすることができ、弁体の受圧面積を小さくすることができる。

請求項２の切換弁によれば、請求項１の効果に加えて、ポートの断面形状が矩形であるので、円形と同面積にした場合でも、開口部（中心）をさらに接近させることができ、弁体の移動ストロークをさらに小さくできる。

請求項３の切換弁によれば、請求項１の効果に加えて、ポートの断面形状が円形であるので、弁座の切削加工によりポートを形成することができ、製造が容易になる。

請求項４の切換弁によれば、第１のポートを流体の低圧側、第４のポートを流体の高圧側に接続した場合、弁体の凹部と弁室との差圧が作用するが、弁体の受圧面積が小さいので弁体の移動が容易となり、確実な切換を行える四方切換弁となる。請求項５の切換弁によれば、請求項２乃至４と同様な効果が得られる。

本発明の第１実施形態の切換弁としての四方切換弁の弁座と弁体の部分の要部拡大縦断面図である。同四方切換弁の上面図及び縦断面図である。同四方切換弁の弁座と弁体の関係を示す図である。同四方切換弁の弁体とプランジャの斜視図である。本発明の第２実施形態における弁座と弁体の関係を示す図である。特許文献１において従来例として説明している弁座と弁体の構造を示す図である。特許文献１の発明における従来の弁座と弁体の構造を示す図である。特許文献２の発明における従来の弁座と弁体の構造を示す図である。

次に、本発明の切換弁の実施形態を図面を参照して説明する。図１は第１実施形態の切換弁としての四方切換弁の弁座１と弁体２の部分の要部拡大縦断面図、図２は同四方切換弁の上面図及び縦断面図、図３は同四方切換弁の弁座１と弁体２の関係を示す図、図４は同四方切換弁の弁体２とプランジャ３の斜視図である。この実施形態の四方切換弁は、端部に弁室１０ａを形成する非磁性体製の円筒のプランジャチューブ１０と、このプランジャチューブ１０に取り付けられた駆動部２０とを有している。

プランジャチューブ１０内には、弁座１、弁体２、プランジャ３が配設されるとともに、このプランジャチューブ１０の端部には下蓋４が溶接等により固着されている。この下蓋４の中央には配管１４１が取付られている。弁座１には、「第１のポート」としてのＳポート１１、「第２のポート」としてのＣ切換ポート１２及び「第３のポート」としてのＥ切換ポート１３が、それぞれ形成されている。Ｓポート１１には配管１１１が接続され、Ｃ切換ポート１２には配管１２１が接続され、Ｅ切換ポート１３には配管１３１が接続されている。この四方切換弁は図示しない冷凍サイクルに用いられ、配管１１１（Ｓポート１１）は圧縮機の冷媒の吸入側（低圧側）に連通され、配管１２１（Ｃ切換ポート１２）及び配管１３１（Ｅ切換ポート１３）はそれぞれ熱交換器側に連通される。また、配管１４１は弁室１０ａ側の端部が「第４のポート」としてのＤポート１４となっており、この配管１４１（Ｄポート１４）は圧縮機の冷媒の吐出側に連通される。

弁体２は、弁座１側に凹部２１を有している。図４に示すように、プランジャ３はプランジャチューブ１０の内面に整合する円柱部３１と、この円柱部３１の端部に形成された保持部３２を有しており、この保持部３２には弁体取付孔３３が形成されている。そして、弁体２は板バネ部材５を介してプランジャ３の弁体取付孔３３内に嵌合されている。これにより、弁体２はプランジャ３の移動により弁座１に対して摺動可能となっている。
なお、板バネ部材５は両端に爪部５１，５２を有し、この爪部５１，５２を弁体取付孔３３の周囲に係合することにより固定され、この板バネ部材５の中央の突起部５３が弁体２の背面に当接される。

駆動部２０は、プランジャチューブ１０の回りに嵌合された電磁コイル２０ａと、外函２０ｂと、プランジャチューブ１０の端部に嵌合された吸引子２０ｃと、吸引子２０ｃとプランジャ３との間に配設されたコイルバネ２０ｄとを有している。そして、電磁コイル２０ａに通電されると、プランジャ３は磁力によりコイルバネ２０ｄの付勢力に抗して吸引子２０ｃに吸着され、弁体２は凹部２１をＳポート１１とＣ切換ポート１２とを覆う位置に移動する。この状態で、Ｓポート１１とＣ切換ポート１２が凹部２１により導通するとともに、Ｄポート１４が弁室１０ａを介してＥ切換ポート１３に導通する。また、電磁コイル２０ａへの通電を遮断するとプランジャ３はコイルバネ２０ｄの付勢力により吸引子２０ｃから離間する。この状態で、Ｓポート１１とＥ切換ポート１３が凹部２１により導通するとともに、Ｄポート１４が弁室１０ａを介してＣ切換ポート１３に導通する。

図３に示すように、Ｓポート１１（第１のポート）とＣ切換ポート１２（第２のポート）とＥ切換ポート１３（第３のポート）は、各ポートの中心軸Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に直交する断面の形状が矩形となっている。なお、この第１実施形態のように断面が矩形のポートを有する弁座１は、金属射出成型（ＭＩＭ：ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ）により形成することができる。また、弁座１において、Ｓポート１１の開口部１１ａを中心にしてＣ切換ポート１２の開口部１２ａとＥ切換ポート１３の開口部１３ａとが直線的に配置されている。この直線的な配置は弁体２の摺動方向に一致している。また、Ｃ切換ポート１２の中心軸Ｌ２とＥ切換ポート１３の中心軸Ｌ３は、Ｓポート１１の中心軸Ｌ１に対して同じ方向に傾斜している。すなわち、Ｓポート１１、Ｃ切換ポート１２及びＥ切換ポート１３は、互い違いに斜めに形成されている。さらに、弁体２の凹部２１の弁座１の摺動面と平行な断面の形状は、Ｓポート１１とＣ切換ポート１２のみを覆うか、または、Ｓポート１１とＥ切換ポート１３のみを覆うような長方形になっている。

さらに、弁座１には、Ｓポート１１、Ｃ切換ポート１２及びＥ切換ポート１３のそれぞれに連通する、配管接続孔１１ｂ，１２ｂ，１３ｂが形成されている。これら配管接続孔１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの中心軸Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に直交する断面の形状は円形であり、その径は、Ｓポート１１、Ｃ切換ポート１２及びＥ切換ポート１３の矩形の断面形状より大きくなっている。そして、この配管接続孔１１ｂ，１２ｂ，１３ｂに前記配管１１１，１２１，１３１が接続される。

以上の構成により、Ｓポート１１、Ｃ切換ポート１２及びＥ切換ポート１３が傾斜しているので、配管接続孔１１ｂ，１２ｂ，１３ｂに接続した配管１１１，１２１，１３１が互いに干渉することなく、各開口部１１ａ，１２ａ，１３ａを接近させることができ、そのようにされた弁座１及び弁体２はコンパクトになっている。

以上の第１実施形態のＳポート１１、Ｃ切換ポート１２及びＥ切換ポート１３はその中心軸Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に直交する断面が矩形となっているが、図５に示す第２実施形態の弁座１′においては、Ｓポート１１′、Ｃ切換ポート１２′及びＥ切換ポート１３′はその中心軸Ｌ１′，Ｌ２′，Ｌ３′に直交する断面が円形となっている。このように各ポートの断面が円形の場合、切削加工により容易に製造することができる。また、弁体２′は、弁座１側に凹部２１′を有しており、この凹部２１′の弁座１の摺動面と平行な断面の形状は、Ｓポート１１′とＣ切換ポート１２′のみを覆うか、または、Ｓポート１１′とＥ切換ポート１３′のみを覆うような長円形になっている。

この第２実施形態においても、弁座１′において、Ｓポート１１′の開口部１１ａ′を中心にしてＣ切換ポート１２′の開口部１２ａ′とＥ切換ポート１３′の開口部１３ａ′とが直線的に配置されている。また、Ｃ切換ポート１２′の中心軸Ｌ２′とＥ切換ポート１３′の中心軸Ｌ３′は、Ｓポート１１′の中心軸Ｌ１′に対して同じ方向に傾斜している。すなわち、Ｓポート１１′、Ｃ切換ポート１２′及びＥ切換ポート１３′は、互い違いに斜めに形成されている。

さらに、弁座１′には、Ｓポート１１′、Ｃ切換ポート１２′及びＥ切換ポート１３′のそれぞれに連通する、配管接続孔１１ｂ′，１２ｂ′，１３ｂ′が形成されている。これら配管接続孔１１ｂ′，１２ｂ′，１３ｂ′の中心軸Ｌ１′，Ｌ２′，Ｌ３′に直交する断面の形状は円形であり、その径は、Ｓポート１１′、Ｃ切換ポート１２′及びＥ切換ポート１３′の径より大きくなっている。そして、この配管接続孔１１ｂ′，１２ｂ′，１３ｂ′に前記配管１１１，１２１，１３１と同様な配管が接続される。

この第２実施形態でも、Ｓポート１１′、Ｃ切換ポート１２′及びＥ切換ポート１３′が傾斜しているので、配管接続孔１１ｂ′，１２ｂ′，１３ｂ′に接続した配管が互いに干渉することなく、各開口部１１ａ′，１２ａ′，１３ａ′を接近させることができ、そのようにされた弁座１′及び弁体２′はコンパクトになっている。

以上のように、何れの実施形態でも各ポートを接近させることができるので、弁体１，１′の移動ストロークを小さくすることができ、駆動部２０を小さくするとともに、消費電力を小さくできる。

次表１は、図６の従来例（従来１）のストローク及び受圧面積をそれぞれ“１”とし、これと比較して、図７の従来例（従来２）、図８の従来例（従来３）、本発明の第１実施例及び第２実施例のストローク及び受圧面積の比率を示すものである。

この表１からわかるように、本発明の第１実施例のストローク以外は、第１実施例及び第２実施例では、従来例に比べてストロークも受圧面積も小さくなっていることがわかる。

以上の実施形態では、第４のポート１４を有する四方切換弁を例に説明したが、この第４のポート１４が無く、Ｓポート１１と同様な第１のポートとＣ切換ポート１２と同様な第２のポートとを連通した状態と、第１のポートとＥ切換ポート１３と同様な第３のポートとを連通した状態とを、弁体の移動により択一的に切り換えるような３方切換弁にも本発明を適用することができる。

１，１′ 弁座
２，２′ 弁体
２１，２１′ 凹部
３プランジャ
１０ａ弁室
１０プランジャチューブ
２０駆動部
１１，１１′ Ｓポート（第１のポート）
１２，１２′ Ｃ切換ポート（第２のポート）
１３，１３′ Ｅ切換ポート（第３のポート）
１４Ｄポート（第４のポート）

Claims

弁室内に第１のポートと第２のポートと第３のポートとを開口する弁座と、前記第１乃至第３のポートにそれぞれ接続される配管と、前記弁座上を摺動する凹部を有する弁体と、前記弁体を直線的に移動するプランジャを有する駆動部とを備え、前記弁体を移動することにより、前記弁座の１つのポートとその両脇の各々のポートとの間を前記凹部によって択一的に導通する切換弁において、
前記第１のポートの開口部を中心にして前記第２のポートの開口部と前記第３のポートとの開口部とが直線的に配置されるとともに、前記第１乃至第３のポートはプランジャの移動方向の軸に対して直角な方向に各々の開口部から真っ直ぐ延びるように形成され、前記第１のポートの中心軸に対して、前記第２のポートの中心軸と前記第３のポートの中心軸とを、前記プランジャの移動方向の軸回りの同じ方向に傾斜させたことを特徴とする切換弁。
請求項１に記載の切換弁であって、前記第１乃至第３のポートの前記中心軸に直交する断面の形状が矩形であることを特徴とする切換弁。
請求項１に記載の切換弁であって、前記第１乃至第３のポートの前記中心軸に直交する断面の形状が円形であることを特徴とする切換弁。
請求項１に記載の切換弁であって、前記弁室に第４のポートが開口され、前記弁体の移動により前記第１ポートに対して非導通となる第２のポートまたは第３のポートを前記弁室を介して前記第４のポートに導通する四方切換弁であることを特徴とする切換弁。
請求項２乃至４のいずれか一項に記載の切換弁であって、前記弁座に、前記第１乃至第３のポートの各々と連通する配管接続孔がそれぞれ形成され、
各配管接続孔が対応するポートと一直線上に形成されていることを特徴とする切換弁。