JP5341433B2 - 三方切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、三方切換弁に関し、特に、空調機器の冷凍サイクル等に用いられる三方切換弁に関する。

従来、空調機器における冷媒の流量制御や、風呂、シャワーにおける燃焼ガス、空気、温水、液体燃料等の流量制御に三方切換弁が広く用いられている。この種の三方切換弁としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られており、図６は、その構成を示す断面図である。

この切換弁５０は、電磁ソレノイド方式のものであって、両端に第１及び第２筒状部５１、５２を有する弁本体５３を備え、弁本体５３の中央部には、流入配管５４、第１及び第２流出配管５５、５６の各々と連結する第１〜第３連通路５７〜５９が設けられる。弁本体５３の上部には、弁本体５３の第１筒状部５１とコイル装置６０に内嵌されるケーシング６１が設けられ、ケーシング６１内には、ケーシング６１の軸線方向に摺動するプランジャ６２と、プランジャ６２の凹部にかしめ接合される第１弁体６３と、プランジャ６２を下方に付勢するコイルばね６４とが配置される。

一方、弁本体５３の下部には、第２筒状部５２内に嵌挿されるピストン６５と、ピストン６５の凹部にかしめ接合される第２弁体６６と、ピストン６５を上方に付勢するコイルばね６７と、第２筒状部５２を封止する下蓋６８とが設けられる。このうち、ピストン６５は、作動棒６９を通じてプランジャ６２と連結され、プランジャ６２と一体的に変位する。

上記切換弁５０において、コイル装置６０に通電しない場合には、プランジャ６２がコイルばね６４によってケーシング６１内を第２連通路５８の方向へ摺動し、第１弁体６３によって第２連通路５８を閉じる。また、このプランジャ６２の摺動に伴い、作動棒６９が下方に移動し、ピストン６５を第３連通路５９から離間する方向へ摺動させ、第２弁体６６を第３連通路５９から離間させて第３連通路５９を開く。これによって、流入配管５４から流入した流体が、弁本体５３の第１連通路５７を通過し、第３連通路５９を介して第２流出配管５６から流出する。

一方、コイル装置６０に通電されると、磁力によってプランジャ６２が吸引子７０に吸引されてケーシング６１内を上方に摺動し、第１弁体６３を第２連通路５８から離間させて第２連通路５８を開く。このプランジャ６２の摺動に伴い、作動棒６９によってピストン６５を押し下げる力が作用しなくなり、コイルばね６７の弾性力によりピストン６５が上方に移動し、第２弁体６６によって第３連通路５９を閉じる。これによって、流入配管５４から流入した流体が、弁本体５３の第１連通路５７を通過し、第２連通路５８を介して第１流出配管５５から流出する。

特開２００１−１４６９８２号公報

しかし、上記切換弁５０においては、ブロック状の真鍮塊（ピストン母材）を切削加工してピストン６５を形成するため、高度な切削技術が要求されるのに加え、加工時間も長期化し易く、製造コストが増大し易いという問題があった。

また、ピストン６５の製作にあたっては、ピストン６５内外の圧力差を小さくして摺動時の抵抗を低減すべく、ピストン６５の内側に流体を流入させる流通路を設けることがある。こうした流通路は、通常、図７に示すように、ピストン６５の形状を上面視多角形状に加工し、第２筒状部５２の内壁との間に隙間７１を形成することで確保するが、これらの隙間７１もピストン母材を切削加工することによって形成するものであるため、製造コストを高騰させる要因の１つとなっていた。

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、低コストで製造することが可能な三方切換弁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、流入配管から流入した流体を第１及び第２流出配管の一方へ選択的に流出させる三方切換弁であって、前記流入配管を弁本体内に形成された第１及び第２弁室に連通させる第１連通路と、前記第１弁室を前記第１流出配管に連通させる第２連通路と、前記第２弁室を前記第２流出配管に連通させる第３連通路と、前記第１弁室に配置され、電磁アクチュエーターの作動によって前記第２連通路の弁口を開閉する第１弁体と、前記第２弁室に配置され、前記第３連通路の弁口を開閉する第２弁体を保持するとともに、前記第３連通路に向けて往復移動するピストンと、前記第１弁体の変位に追随させて前記ピストンを移動させる連動手段とを備え、前記ピストンの上面には、前記第２弁体を収容する弁体孔と、該弁体孔の周囲に形成された第１及び第２支持部と、前記ピストン内の内部空間に連通する流通孔とが設けられ、前記第１支持部は前記第２弁体を下方側から支持し、前記第２支持部は前記第２弁体を上方側から支持し、前記ピストンがプレス成形によって形成されるとともに、前記流通孔が前記プレス成形の際に該ピストンに形成され、前記弁本体は、単一の筒状のケーシングによって構成され、前記ケーシング内には、その内部空間を第１弁室と第２弁室とに区画する弁座部材が固定され、前記弁座部材には、前記第１乃至第３連通路が備えられることを特徴とする。

本発明によれば、ピストンをプレス成形によって形成するため、短時間で容易にピストンを製作することができ、切換弁の製造コストを低く抑えることが可能になる。また、ピストンに形成する流通孔によって、ピストンの上方空間とピストン内の内部空間との間で流体を円滑に行き来させることができるため、速やかにピストン内外の均圧を図ることが可能になる。さらに、この流通孔は、ピストンのプレス成形時にピストンの一部を穿設するのみで形成し得るため、低コストで形成することができる。

また、本発明によれば、単一のケーシング内に弁座部材を設けるため、ケーシングの成型にかかるコストを低減することができるとともに、弁座部材とケーシングとのろう付け箇所も少なくすることができるため、製造コストを低減することができる。さらに、ケーシング内で弁座部材をろう付けすることができるため、ケーシングと弁座部材との間で、ろう付けにより気密性を確保する必要がなく、気密性を格段に向上させることができる。また、電磁アクチュエーターの作動によって第２連通路の弁口を開閉するにあたり、第１弁体を備えてケーシング内をケーシングの軸線方向に摺動するプランジャを用い、第３連通路の弁口を開閉するにあたり、第２弁体を備えてケーシング内をケーシングの軸線方向に摺動するシリンダを用いた場合でも、ケーシングを１本としているため、プランジャ及びピストンがケーシングの内壁に片当たりして摩耗することを防止することができ、三方切換弁の安定運転を維持することができる。

以上のように、本発明によれば、低コストで製造することが可能な三方切換弁を提供することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明にかかる三方切換弁の第１の実施形態を示し、この三方切換弁１は、コイル装置２と、一部がコイル装置２に内嵌されるケーシング３と、ケーシング３内の上部に設けられるプランジャ４、ボール状の第１弁体５及びコイルばね６と、ケーシング３の内部空間を第１弁室７ａと第２弁室７ｂとに区画する弁座部材７と、ケーシング３内の下部に設けられるピストン８、下蓋９、ボール状の第２弁体１０及びコイルばね１１と、プランジャ４とピストン８との間に介装され、弁座部材７を貫通する作動棒１２と、弁座部材７の第１連通路７ｃと連通する流路を有する流入配管１３と、弁座部材７の第２連通路７ｄに連通する流路を有する第１流出配管１４と、弁座部材７の第３連通路７ｅに連通する流路を有する第２流出配管１５とで構成される。

ケーシング３の内部に配置された弁座部材７と、３本の配管１３、１４、１５とは、ケーシング３に連結され、ケーシング３と弁座部材７、及びケーシング３と３本の配管１３、１４、１５とは、例えば、青銅を用いた炉中ろう付けなどにより接合され（ろう付け部１６、１８）、合計で４箇所ろう付けされる。

プランジャ４は、その下端に第１弁体５がかしめ加工により固定され、プランジャ４とコイル装置２の吸引子１９との間に介装されるコイルばね６により下方に付勢される。第１弁体５は、図２に示すように、プランジャ４の凹部４ａに収容され、凹部４ａから突出し、この実施例では、下面視で等間隔に３つ形成されるかしめ用突出片４ｂによって、凹部４ａに密閉空間が生じないように固定される。なお、突出片４ｂの個数は３個に限るものではないことは言うまでもない。

図１に戻り、ピストン８は、その上端に第２弁体１０がかしめ加工により固定され、ピストン８と下蓋９との間に介装されるコイルばね１１によって上方に付勢される。なお、コイルばね１１のばね荷重は、プランジャ４側のコイルばね６より小さく設定される。これは、コイル装置２に通電していないときに、プランジャ４側のコイルばね６の弾性力を作動棒１２を介してピストン８に伝達し、ピストン８を押し下げて第２弁口７ｇを開くためである。

このピストン８は、板状部材をプレス成形することによって形成され、図３に示すように、上面視多角形状を有し、ケーシング３の内壁との間に複数の隙間８ｆを構成する。また、ピストン８の上面には、第２弁体１０を収容する弁体孔８ａと、弁体孔８ａの周囲に形成された第１及び第２支持部８ｂ、８ｃと、ピストン８内の内部空間８ｅに連通する複数の流通孔８ｄとが設けられる。

第１支持部８ｂは、ピストン８の上面の一部を下方に折り曲げて形成されるものであり、第２弁体１０を下方側から支持することで、第２弁体１０がピストン８内に陥没するのを防止する。一方、第２支持部８ｃは、ピストン８の上面の一部を上方に折り曲げて形成されるものであり、第２弁体１０を上方側から支持することで、第２弁体１０が第３連通路７ｅ側に抜け出すのを防止する。なお、図３においては、第１及び第２支持部８ｂ、８ｃを２つずつ設けるが、これらの個数は、第２弁体１０に加わる圧力や個々の支持部の強度等に応じて適宜変更可能である。

また、複数の流通孔８ｄは、ピストン８のプレス成形時に所定の大きさの貫通孔を穿設することによって形成され、ピストン８の上方空間（ピストン８の上面と弁座部材７の下面との間の空間）とピストン８内の内部空間８ｅとの間で、流体を円滑に行き来させるために設けられる。なお、流通孔８ｄの個数は、必ずしも４つである必要はなく、第１及び第２支持部８ｂ、８ｃの数等に応じて適宜変更可能である。また、流通孔８ｄの位置についても、第１支持部８ｂと第２支持部８ｃの間に限定されるものではなく、他の部分であってもよい。

作動棒１２は、弁座部材７を貫通し、どの部材にも固定されない状態でプランジャ４とピストン８との間に介装され、コイルばね６の弾性力をピストン８に伝達して第２弁口７ｇを開くために設けられる。なお、図１（ｂ）に明示されるように、この作動棒１２は、ケーシング３の軸線を挟んで相対向する位置に２本配置されているが、これに限らず、作動棒１２を１本又は３本以上配置することもできる。

次に、上記構成を有する三方切換弁１の動作について図面を参照しながら説明する。

コイル装置２に通電しない状態では、図１に示すように、プランジャ４がコイルばね６によって下方に付勢されてケーシング３内を下方に摺動し、第１弁体５によって第１弁口７ｆが閉じられる。また、このプランジャ４の摺動に伴い、作動棒１２が下方に移動してピストン８を下方に移動させ、第２弁体１０を第２弁口７ｇから離間させて第２弁口７ｇを開く。これによって、流入配管１３から流入した流体が、弁座部材７の第１連通路７ｃを通過し、第２弁口７ｇを介して第２流出配管１５に流出する。

この際、ケーシング３の下部では、ピストン８の側面とケーシング３の内壁との間の隙間８ｆ、及びピストン８の上面に形成された複数の流通孔８ｄを通じて、ピストン８の上方空間とピストン８内の内部空間８ｅとの間を流体が行き来する。これによって、ピストン８の内側からも圧力を付与し、内外の均圧を図って摺動時の抵抗を低減する。また、ピストン８をプレス成形によって形成した場合、ピストン８が薄肉となって剛性が低下するが、ピストン８の内部空間８ｅに流入する流体が、ピストン８に加わる負荷を軽減し、ピストン８を保護する役割も果たす。

一方、コイル装置２に通電すると、磁力によってプランジャ４が吸引子１９に吸引されてケーシング３内を上方に摺動し、第１弁体５を第１弁口７ｆから離間させて第１弁口７ｆを開く。また、このプランジャ４の摺動に伴い、作動棒１２によってピストン８を押し下げる力が作用しなくなり、コイルばね１１の弾性力によりピストン８が上方に摺動し、第２弁体１０によって第２弁口７ｇを閉じる。これによって、流入配管１３から流入した流体が、弁座部材７の第１連通路７ｃを通過し、第１弁口７ｆを介して第１流出配管１４から流出する。この場合でも、上記と同様、ピストン８の均圧が図られ、摺動時の抵抗が低減される。

本発明の構成を備える三方切換弁１は、ピストン８をプレス成形によって形成するため、短時間で容易にピストン８を製作することができ、また、隙間８ｆ（図３（ａ）参照）に関しても、切削作業を要することなく、ピストン８を多角形状にプレス成形するのみで確保できるため、切換弁の製造コストを低く抑えることが可能になる。

さらに、ピストン８の上面に複数の流通孔８ｄを設けるため、隙間７１のみを有する従来のピストン６５（図７参照）に比して、円滑に流体を行き来させることができ、速やかにピストン８内外の均圧を図ることが可能になる。加えて、これらの流通孔８ｄは、ピストン８のプレス成形時にピストン８の一部を穿設するのみで形成し得るため、低コストで形成することができる。

また、上記三方切換弁１は、可動部材たる第１弁体５のプランジャ４及び第２弁体１０のピストン８が、単一のケーシング３内に摺動自在に嵌合するから、可動部材の芯ずれが起きることがなく、また両者の連動追随動作も円滑に行える。

さらに、上述のように、第１弁体５（図２参照）がプランジャ４の凹部４ａに収容され、かしめ用突出片４ｂによって、凹部４ａに密閉空間が生じないように固定されるため、プランジャ４の凹部４ａにＣＯ₂等の高圧流体が侵入した場合でも、かしめ用突出片４ｂが形成されていない箇所からこの気体を逃がすことができ、プランジャ４から第１弁体５が脱落するのを防止することもできる。

なお、高圧流体ではなく、比較的低圧の流体を取り扱う場合には、図４（ｂ）に示すように、かしめ用突出片４ｂ（図２参照）や均圧孔を形成することなく、第１弁体５とプランジャ４の凹部４ａとで形成される密閉空間１７の容積が小さくなるような凹部４ｃを設けることにより、この密閉空間１７に侵入する流体の量を低減して第１弁体５に加えられる圧力を最小限に抑え、プランジャ４から第１弁体５が脱落するのを防止することもできる。

次に、本発明にかかる三方切換弁の第２の実施形態について、図５を参照しながら説明する。尚、本実施形態の三方切換弁は、第２弁体及びピストンを除き、第１の実施形態と共通の構成を有するため、ここでは、共通構成に関する説明及び図示を省略し、相違点を中心に説明する。

図５に示すように、本実施形態の三方切換弁は、弁体とピストン部分が一体化されたピストン３０を備える。このピストン３０は、ケーシング３の軸線方向に往復摺動するピストン本体３１と、ピストン本体３１の上面から半球状に突出し、第３連通路７ｅの第２弁口７ｇ（図１参照）を開閉する弁部３２とから構成される。これらピストン本体３１及び弁部３２は、板状部材をプレス成形することによって同時に形成される。

また、ピストン本体３１の上面には、弁部３２の周囲に沿って複数の流通孔３２ａが穿設される。これら複数の流通孔３２ａは、ピストン３０の上方空間とピストン３０内の内部空間３２ｂとの間で、流体を円滑に行き来させるために設けられ、ピストン本体３１及び弁部３２の成形時に同時に形成される。なお、流通孔３２ａの個数や位置は、図５に図示された態様に限られず、任意に変更可能であることは言うまでもない。

上記構成においては、ピストン本体３１及び弁部３２を一体化し、それらをプレス成形によって同時に形成するため、短時間で容易にピストン３０を製作できるのに加え、弁体とピストンの組み付け工程を省くこともでき、より一層の低コスト化を図ることが可能になる。

なお、上述した第１及び第２の実施形態においては、電磁アクチュエーターとして電磁ソレノイドを用い、その構成要素であるプランジャ４に第１弁体５を設けることにより、三方切換弁を電磁弁で実現した場合について説明したが、電磁アクチュエーターとして電動モータを採用することにより、三方切換弁１を電動モータ方式で実現することも可能である。

また、プランジャ４及びピストン８、３０（可動部材）を単一のケーシング３内に配置して三方切換弁を構成するが、図６の従来の三方切換弁５０のように、弁本体とケーシングを接合し、弁本体及びケーシングの各々にプランジャ及びピストンを配置してもよいし、さらには、中央に弁本体を配置するとともに、その弁本体の上下にケーシングを接合し、それら２本のケーシングの各々にプランジャ及びピストンを配置してもよい。

本発明にかかる三方切換弁の一実施の形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示す三方切換弁のプランジャ及び第１弁体を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ部拡大図、（ｃ）は（ｂ）の底面図である。 図１に示す三方切換弁のピストン及び第２弁体を示し、（ａ）は図１のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 プランジャ及び第１弁体の他の実施形態を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ部拡大図である。 ピストンの他の実施形態を示し、（ａ）は図１のＢ−Ｂ線断面に相当する断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。 従来の三方切換弁の一例を示す断面図である。 図６の三方切換弁のピストン及び第２弁体を示し、（ａ）はＥ−Ｅ線断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線断面図である。

符号の説明

１ 三方切換弁
２ コイル装置
３ ケーシング
４ プランジャ
４ａ 凹部
４ｂ かしめ用突出片
４ｃ 凹部
５ 第１弁体
６ コイルばね
７ 弁座部材
７ａ 第１弁室
７ｂ 第２弁室
７ｃ 第１連通路
７ｄ 第２連通路
７ｅ 第３連通路
７ｆ 第１弁口
７ｇ 第２弁口
８ ピストン
８ａ 弁体孔
８ｂ 第１支持部
８ｃ 第２支持部
８ｄ 流通孔
８ｅ 内部空間
８ｆ 隙間
９ 下蓋
１０ 第２弁体
１１ コイルばね
１２ 作動棒
１３ 流入配管
１４ 第１流出配管
１５ 第２流出配管
１６ ろう付け部
１７ 密閉空間
１８ ろう付け部
１９ 吸引子
３０ ピストン
３１ ピストン本体
３２ 弁部
３２ａ 流通孔
３２ｂ 内部空間

Claims (1)

1. 流入配管から流入した流体を第１及び第２流出配管の一方へ選択的に流出させる三方切換弁であって、
   前記流入配管を弁本体内に形成された第１及び第２弁室に連通させる第１連通路と、
   前記第１弁室を前記第１流出配管に連通させる第２連通路と、
   前記第２弁室を前記第２流出配管に連通させる第３連通路と、
   前記第１弁室に配置され、電磁アクチュエーターの作動によって前記第２連通路の弁口を開閉する第１弁体と、
   前記第２弁室に配置され、前記第３連通路の弁口を開閉する第２弁体を保持するとともに、前記第３連通路に向けて往復移動するピストンと、
   前記第１弁体の変位に追随させて前記ピストンを移動させる連動手段とを備え、
   前記ピストンの上面には、前記第２弁体を収容する弁体孔と、該弁体孔の周囲に形成された第１及び第２支持部と、前記ピストン内の内部空間に連通する流通孔とが設けられ、
   前記第１支持部は前記第２弁体を下方側から支持し、前記第２支持部は前記第２弁体を上方側から支持し、
   前記ピストンがプレス成形によって形成されるとともに、前記流通孔が前記プレス成形の際に該ピストンに形成され、
   前記弁本体は、単一の筒状のケーシングによって構成され、
   前記ケーシング内には、その内部空間を第１弁室と第２弁室とに区画する弁座部材が固定され、
   前記弁座部材には、前記第１乃至第３連通路が備えられることを特徴とする三方切換弁。

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