JP6625584B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、弁体を回転あるいはスライドさせることにより流路の切り換えを行う流路切換弁に係り、特に、ヒートポンプ式冷暖房システム等において流路切換を行うのに好適な流路切換弁に関する。

一般に、ルームエアコン、カーエアコン等のヒートポンプ式冷暖房システムは、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、及び膨張弁等に加えて、流路（流れ方向）切換手段としての四方切換弁等の流路切換弁を備えている。

この種の流路切換弁（四方切換弁）としては、スライド式のものとロータリー式のものがあるが、スライド式の四方切換弁は、例えば、次のような構成のものがよく知られている（特許文献１等も参照）。すなわち、シリンダ型の主弁ハウジング、該主弁ハウジング内に設けられた弁シート面、該弁シート面に開口する３個以上のポート、及び前記弁シート面上を摺動可能に配在されたスライド弁体を有し、該スライド弁体内に、前記ポート間を選択的に連通すべく、側面視概略逆Ｕ字状、円弧状、ないしかまぼこ状を呈するＵターン連通路が形成されている。

主弁ハウジングにおけるスライド弁体の左右には、パイロット弁を介して圧縮機吐出側の高圧冷媒及び圧縮機吸入側の低圧冷媒が選択的に導入される、それぞれスライド弁体に結合された左右一対のパッキン付きピストンにより画成される二つの作動室が設けられ、この二つの作動室の圧力差を利用して前記スライド弁体を左右方向に摺動させることで流路切換を行うようにされている。

一方、ロータリー式の四方切換弁は、例えば、次のような構成のものがよく知られている（特許文献２等も参照）。すなわち、筒状の主弁ハウジング、該主弁ハウジングの下面側に設けられた弁シート面、該弁シート面に開口する４個のポート（第１、第２、第３及び第４のポート）、及び前記主弁ハウジング内に回動可能に配在されてその下面が前記弁シート面に対面せしめられる回転弁体を有し、該回転弁体内に、前記ポート間を選択的に連通すべく、２本のＵターン連通路が設けられ、前記回転弁体が第１の回転位置をとるとき、一方のＵターン連通路により第１ポートと第２ポートとが連通するとともに、他方のＵターン連通路により第３ポートと第４ポートとが連通し、前記回転弁体が第２の回転位置をとるとき、一方のＵターン連通路により第１ポートと第３ポートとが連通するとともに、他方のＵターン連通路により第２ポートと第４ポートとが連通するようにされている。

上記のようなＵターン連通路が形成された弁体（回転弁体、スライド弁体）は、その外側を流通する高圧流体とその内側を流通する低圧流体との圧力差により弁体（のシール面）が弁シート面に強く押し付けられ、これによって、Ｕターン連通路のシールがなされ、弁室内の高圧流体が低圧側に抜けること（弁洩れ）を防ぐようになっている。

特開２０１３−２２７９９４号公報 特開平８−２８５１１３号公報

前記した如くの従来の流路切換弁においては、次のような解決すべき課題がある。

一般に、Ｕターン連通路を流通する流体の圧力損失を小さくするには、連通路の側面視を逆Ｕ字状ないし円弧状にするとともに、断面形状を円形となし、かつ、連通路の一端から他端まで全長にわたって通路断面積が変わらないようにすればよいとされ、これが理想の通路形状とされている。より具体的には、理想の通路形状は、断面円形のチューブを断面形状（円形）を変えずにＵ字状ないし円弧状に湾曲させた形状とされる。

しかしながら、弁体（回転弁体、スライド弁体）に上記のような理想の通路形状のＵターン連通路を形成することは、従来より難題とされていた。

また、Ｕターン連通路のような大きな空洞が存在する弁体は、内外の高低圧力差が大きいと、変形しやすく、弁体が変形すると、弁シート面とＵターン連通路のシール面との間に隙間が生じて弁洩れに至ることがある。この弁体の変形を防ぐ方策としては、弁体の肉厚を大きくすることや、補強材を付加すること等が考えられるが、いずれもコストアップ、大型化等を招くとともに、却って、Ｕターン連通路のシール性が損なわれて弁洩れしやすくなることがある等の問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ｕターン連通路を理想の通路形状として圧力損失の低減を図ることができるとともに、Ｕターン連通路のシール性を向上し得て弁洩れし難くできる流路切換弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁は、基本的には、主弁ハウジング、該主弁ハウジング内に設けられた弁シート面、該弁シート面に開口する３個以上のポート、及び前記弁シート面上を回動可能に配在された回転弁体を有し、該回転弁体内に、前記ポート間を選択的に連通すべく、側面視概略逆Ｕ字状ないし円弧状を呈する２つのＵターン連通路が形成され、前記２つのＵターン連通路は、一方が低圧流体が流通する低圧側Ｕターン連通路であり、他方が高圧流体が流通する高圧側Ｕターン連通路であり、前記回転弁体は、前記弁シート面を下側として、該弁シート面に対接する一対の円環状シール面を有する下側部材と、該下側部材の上側に被さるように合体接合される上側部材とで分割構成され、前記下側部材で前記低圧側Ｕターン連通路の下側ないし内周側部分が画成され、前記上側部材で前記低圧側Ｕターン連通路の上側ないし外周側部分が画成され、前記低圧側Ｕターン連通路は、その断面形状が円形ないしそれに近い楕円形とされるとともに、一端から他端まで全長にわたって等しい断面積とされており、前記高圧側Ｕターン連通路の前記弁シート面に対接する当接面はシール性を備えていないことを特徴としている。

好ましい態様では、前記下側部材には、前記低圧側Ｕターン連通路の一端及び他端を構成する開口が設けられるとともに、その中央部から両端の開口にかけて山状突部が設けられる。

更に好ましい態様では、前記山状突部は、断面形状が半円状ないしそれに近い半楕円状の表面を有する。

別の好ましい態様では、前記低圧側Ｕターン連通路の通路径と前記弁シート面に開口するポートの口径とが同径とされる。

他の好ましい態様では、前記上側部材と前記下側部材とで、前記低圧側Ｕターン連通路の上下半分ずつを画成する。

本発明に係る流路切換弁では、Ｕターン連通路は、断面円形のチューブを断面形状をほとんど変えずにＵ字状ないし円弧状に湾曲させた理想の通路形状とされ、角部、段差、引っ掛かり等が全くないものとされるので、圧力損失を増大させる原因となる渦流を発生し難くできる。

また、移動弁体を下側部材と上側部材の２部材で分割構成とすることにより、単一部材では困難であった理想の通路形状を比較的低コストで実現でき、しかも、その断面形状が円形ないしそれに近い楕円形とされるとともに、一端から他端まで全長にわたって等しい断面積とされていることにより、耐圧強度が増大するので、断面形状がかまぼこ形状、角丸矩形、あるいは比較的扁平な楕円状で断面積が一様ではない従来の弁体に比して、内外の高低圧力差が大きくなっても、変形し難くなり、そのため、コストアップ、大型化等を招くことなく、Ｕターン連通路のシール性を向上し得て弁洩れを生じ難くできる。

また、Ｕターン連通路の通路径と弁シート面に開口するポートの口径とが同径とされるので、Ｕターン連通路内での流体の膨張や収縮が発生せず、それによっても、圧力損失を効果的に低減できる。

上記した以外の、課題、構成、及び作用効果は、以下の実施形態により明らかにされる。

本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の第１の連通状態を示す縦断面図であり、図３（Ａ）のＶ−Ｖ矢視線に従う断面図。 本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の第２の連通状態を示す縦断面図であり、図３（Ｂ）のＷ−Ｗ矢視線に従う断面図。 第１実施形態の流路切換弁における流路切換動作の説明に供される図であり、（Ａ）は回転弁体が第１の回転位置にある状態、（Ｂ）は回転弁体が第２の回転位置にある状態をそれぞれ示す下面配置図。 第１実施形態の流路切換弁における、主として回転弁体を回動させるためのアクチュエータ部分を示す分解斜視図。 第１実施形態の流路切換弁における、主として主弁ハウジング及び回転軸部材部分を示す分解斜視図。 第１実施形態の流路切換弁における、主として回転弁体及び弁シート部材部分を示す分解斜視図。 第１実施形態の流路切換弁における回転弁体と高圧通路形成部材の詳細説明に供される分解斜視図。 （Ａ）は、第１実施形態の流路切換弁における回転弁体と低圧通路画成部材の詳細説明に供される分解斜視図、（Ｂ）は、回転弁体の下面配置図。 第１実施形態の流路切換弁の組み立て状態において概ね図６のＵ−Ｕ矢視線に従って切断した断面図。 本発明に係る流路切換弁の第２実施形態を示す縦断面図。 第２実施形態の流路切換弁におけるスライド弁体の４面図。 第２実施形態の流路切換弁におけるスライド弁体を構成する上側部材（Ａ）と下側部材（Ｂ）の４面図。 第２実施形態の流路切換弁におけるスライド弁体の他例の４面図。 第２実施形態の流路切換弁におけるスライド弁体の他例を構成する上側部材（Ａ）と下側部材（Ｂ）の４面図。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態の流路切換弁（四方切換弁）１を図１〜図９を参照しながら説明する。

図１、図２は、それぞれ本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の第１の連通状態、第２の連通状態を示す縦断面図である。

なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際にヒートポンプ式冷暖房システム等に組み込まれた状態での位置、方向を指すとは限らない。

また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。

図示実施形態の流路切換弁は、四方切換弁１であり、ヒートポンプ式冷暖房システムにおいて流路切換用として使用されるもので、ロータリー式の主弁５と、流体圧式のアクチュエータ７と、四方パイロット弁８を備える。

以下においては、まず、主として主弁５について説明し、その後にアクチュエータ７、四方パイロット弁８について説明する。

＜主弁５の構成及び動作＞
主弁５は、図１、図２に加えて、図６、図７を参照すればよくわかるように、主弁ハウジング１０と、この主弁ハウジング１０内に回動可能かつ上下動可能に配在された回転弁体（移動弁体）２０と、回転弁体２０を回動させるための回転軸部材３０を備える。

主弁ハウジング１０は、アルミあるいはステンレス等の金属製とされ、円筒状の胴部１０Ｃと、この胴部１０Ｃの上面開口を気密的に封止するように圧入、ろう付け、溶接等により固定された厚肉円板状の蓋板部材１０Ａと、胴部１０Ｃの下面開口を気密的に封止するように前記蓋板部材１０Ａと同様に前記胴部１０Ｃに固定された厚肉円板状の底板部材１０Ｂとを有する。底板部材１０Ｂは、弁シート部材を兼ねており、その上面（内面）は平坦で滑らかな弁シート面１２となっている。底板部材１０Ｂには、図３に示される如くに、回転弁体２０の回転軸線Ｏを中心とした同一円周上に９０°間隔で、円形開口と管継手からなる第１ポートｐＤ、第２ポートｐＣ、第３ポートｐＥ、及び第４ポートｐＳが垂設されている。

本実施形態の四方切換弁１では、ヒートポンプ式冷暖房システムに組み込まれた場合において、例えば、第１ポートｐＤは圧縮機吐出側に接続され、第２ポートｐＣは室外熱交換器に接続され、第３ポートｐＥは室内熱交換器に接続され、第４ポートｐＳは圧縮機吸入側に接続される。

前記回転軸部材３０は、図５、６を参照すればよくわかるように、上から順に、小径凸部３１、上部大径部３２、中間軸部３３、角形係合部３４、下端小径部３６を有する。前記主弁ハウジング１０における蓋板部材１０Ａの中央には、前記回転軸部材３０が挿通せしめられる嵌挿穴１３が形成され、底板部材１０Ｂの上面側中央には、回転軸部材３０の下端小径部３６を回転自在に支持する凹部１４が設けられている。

回転軸部材３０において、その小径凸部３１を含む上端部には、後述するアクチュエータ７の回転駆動体６５の下端部が溶接等により一体に結合されている。中間軸部３３の上部には、ばね受けを兼ねるＣ字状の止め具３８が嵌着される環状溝３３ａ（図５）が形成されるとともに、この止め具３８により樹脂製のスラスト軸受３７が回転軸部材３０に対して回動自在に外嵌保持されている。

回転軸部材３０の角形係合部３４には、回転弁体２０の下部中央に設けられた角形溝２９に嵌め込まれた角形棒３５が外挿されて嵌合せしめられており、これにより、回転弁体２０は回転軸部材３０と一体に回動せしめられる。なお、角形溝２９に予めインサート成形された金属製の角形棒３５に回転軸部材３０の角形係合部３４を嵌入してもよい。

回転軸部材３０の上部大径部３２と蓋板部材１０Ａの嵌挿穴１３との間にはシール部材としてのＯリング６９が介装されている。

回転弁体２０は、主弁ハウジング１０内（弁室１１）に回動可能に配在されてその下面が前記弁シート面１２に対面せしめられる短円柱状の基体部２１を有し、該基体部２１には、図１、図２に加えて図６〜図９を参照すればよくわかるように、中央部に回転軸部材３０を通す段付き貫通穴２２が設けられ、この段付き貫通穴２２の上部段差部と前記回転軸部材３０に嵌着された止め具３８との間に、回転弁体２０（基体部２１）を弁シート面１２に押し付ける方向に付勢する圧縮コイルばね（第１付勢部材）３９が縮装されている。

また、回転弁体２０の（回転軸線Ｏに対して）一端側には、その下部に高圧冷媒が流通する高圧側Ｕターン連通路４１が設けられた飯ごう形状の高圧通路形成部材４０が上下方向に摺動自在に嵌挿保持される収容部２３が設けられ、他端側には、低圧冷媒が流通する低圧側Ｕターン連通路４２が設けられている。

より詳細には、高圧通路形成部材４０は、収容部２３の下端の平面視飯ごう状外形を有する環状の内方突出端縁部２３ａ上に配在されている。また、高圧通路形成部材４０に形成された高圧側Ｕターン連通路４１は、下面側が開口した側面視概略円弧（弓形）状ないしかまぼこ状とされており、内方突出端縁部２３ａの下面が高圧側Ｕターン連通路４１の（弁シート面１２に対する）当接面１６（図８（Ｂ）、図９参照）となっている。高圧側Ｕターン連通路４１の下面（開口）及び内方突出端縁部２３ａの下面は、前記第１ポートｐＤを含む隣り合うポート間（ｐＤ−ｐＣ、ｐＤ−ｐＥ）を選択的に連通させ得る大きさとされている。なお、高圧側Ｕターン連通路４１に導入された高圧冷媒の一部は、高圧通路形成部材４０と収容部２３との隙間を介して弁室１１内に導入されるため、前記当接面１６はシール性を備える必要はない。

また、高圧通路形成部材４０における上面側の（周方向で）両端近くには、舌状把手部４３が横方向に突設されている。一方、基体部２１の上面側の対応する部位には収容部２３に連なって舌状把手部４３、４３が上下動自在に嵌挿される凹部２６、２６が設けられ、さらにこの凹部２６の下側に、高圧通路形成部材４０を弁シート面１２とは反対側（蓋板部材１０Ａ側）に付勢するための圧縮コイルばね（第２付勢部材）２５が装填される収納穴２７が形成されている。

また、高圧通路形成部材４０の上面には、該高圧通路形成部材４０と蓋板部材１０Ａの下面との接触面積を減らして回転時の摩擦抵抗を小さくすべく、上に凸の球冠状の突部４４が複数（図示例では、中央付近と両端付近の３箇所）設けられている。

一方、回転弁体２０に設けられた低圧側Ｕターン連通路４２は、基体部２１内に形成された弁体内通路部４６と、該弁体内通路部４６における下面側に設けられた低圧通路画成部材４７とで構成される。

弁体内通路部４６は、下面側（弁シート面１２側）が開口した側面視概略円弧（弓形）状ないしかまぼこ形状を呈し、かつ、上部（外周側）が概ね半円形状ないしそれに近い半楕円形状を持つものとなっている。

それに対し、低圧通路画成部材４７は、両端に円形開口４９を有する円環状部４５を持つ平面視メガネ状とされ、該低圧通路画成部材（下側部材）４７の上側に基体部（上側部材）２１が被さるようにして、そのメガネ状の外枠部分の上面が基体部２１の弁体内通路部４６の下端周縁部に超音波溶着あるいはレーザ溶着等により合体接合されている。

低圧通路画成部材４７は、図８を参照すればよくわかるように、下面両端（円形開口４９の下面外周）に弁シート面１２に対接する円環状シール面１７、１７を有する。また、前記低圧側Ｕターン連通路４２の断面形状を、弁体内通路部４６と協同（合体）して、円形ないしそれに近い楕円形とするとともに、一端から他端まで全長にわたって略等しい断面積とすべく、その中央部から両端の円形開口４９にかけて山状突部４８が設けられている。山状突部４８は、図９に示される如くに、断面形状が半円状ないしそれに近い半楕円状の表面（すなわち、円弧の部分）を有している。

つまり、前記低圧側Ｕターン連通路４２は、その下側ないし内周側部分が低圧通路画成部材４７で画成され、その上側ないし外周側部分が基体部２１（の弁体内通路部４６）で画成された、断面形状が円形ないしそれに近い楕円形かつ側面視概略逆Ｕ字状ないし円弧状を呈している。

本例では、低圧側Ｕターン連通路４２の通路径と第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの口径とは略同径とされており、低圧側Ｕターン連通路４２の一端及び他端（低圧通路画成部材４７の両端の円形開口４９、４９）が第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの３つのポートの真上に選択的に位置せしめられ（つまり、低圧通路画成部材４７の両端の円形開口４９、４９は、回転弁体２０の回転軸線Ｏを中心とした同一円周上に９０°離れて形成されている）、これにより、前記第４ポートｐＳを含む隣り合うポート間（ｐＳ−ｐＥ、ｐＳ−ｐＣ）を選択的に連通するようになっている。

上記に加え、本実施形態では、回転弁体２０の回転時において、回転弁体２０側の当接面１６及びシール面１７を底板部材１０Ｂの弁シート面１２から離れさせるボール式シール面離隔機構が設けられている。

ボール式シール面離隔機構は、図６、図９に示される如くに、ボール５６、ケース５７、及び蓋部材５８で構成されるボール保持体５５を複数（図示例では３個）備える。ボール保持体５５は、ボール５６を、その一部を下方に突出させた状態で、回転自在にかつ移動は実質的に阻止した状態で保持するもので、このボール保持体５５は、回転弁体２０の下部外周に３箇所、１２０°間隔で設けられた装着穴５９に、前記ボール５６の一部を下方に突出させた状態で装着されている。また、底板部材１０Ｂには、回転弁体２０の回転開始前及び回転終了時において、回転弁体２０側の当接面１６及びシール面１７が底板部材１０Ｂの弁シート面１２から離れないように、前記ボール５６の一部が嵌め込まれ、回転弁体２０の回転時（流路切換中）においては、ボール５６が回転弁体２０を押し上げながら転がり出るような寸法形状とされた略円錐状の凹穴１８が１２０°間隔で３個ずつ２組設けられている。本実施形態では、流路切換のための回転角度は９０°とされているので、凹穴１８の組同士の角度間隔は３０°となっている。

かかるシール面離隔機構では、回転弁体２０の回転開始前及び回転終了時においては、図９に示される如くに、底板部材１０Ｂの凹穴１８内にボール５６の一部が嵌り込んでいる。この状態から回転弁体２０を９０°回転させ始めると、ボール保持体５５が周方向に移動（回転）し、これに伴ってボール５６は、回転弁体２０を、圧縮コイルばね３９の付勢力に抗して押し上げながら凹穴１８から転がり出る。これによって、回転弁体２０の当接面１６及びシール面１７が底板部材１０Ｂの弁シート面１２から離れる。なお、回転弁体２０が９０°回転すると、ボール５６が次の凹穴１８に嵌り込むので、回転弁体２０は圧縮コイルばね３９の付勢力によって押し下げられ、回転弁体２０の当接面１６及びシール面１７が弁シート面１２に押し付けられる。

＜アクチュエータ７の構成及び動作＞
次に、回転弁体２０を回動させるための流体圧式のアクチュエータ７について説明する。

本実施形態のアクチュエータ７は、前記主弁５内を流通する高圧冷媒と低圧冷媒との差圧を利用した流体圧式のもので、図１、図２に加えて、図４を参照すればよくわかるように、前記主弁ハウジング１０における蓋板部材１０Ａ上にその下端が溶接等により固定された上蓋６２付き円筒部６１と、該円筒部６１内に摺動自在に嵌挿された天井部付き厚肉円筒状の受圧移動体６０と、この受圧移動体６０内に内挿された円柱状の回転駆動体６５と、を備える。

受圧移動体６０は、蓋板部材１０Ａの上面に嵌合固定されて受圧移動体６０と円筒部６１との間に嵌め込まれた弓形状断面の左右一対の回動阻止兼上下動案内部材６３、６３により、直線的に上下動するがその回転は阻止されるようになっている。

受圧移動体６０と回転駆動体６５には、受圧移動体６０の上下動を回転駆動体６５の回転運動に変換するための運動変換機構として、送り用雌ねじ６６と送り用雄ねじ６７がそれぞれ設けられている（図４では図示省略）。回転駆動体６５は、受圧移動体６０に螺合しているので、受圧移動体６０の上下方向の移動に伴って相対的に該受圧移動体６０内で回動するようになっており、回転駆動体６５が回転すると、該回転駆動体６５に連結された回転軸部材３０及び回転弁体２０も一体に回転する。ここでは、受圧移動体６０が上動すると、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）反時計回りに回転し、受圧移動体６０が下動すると、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）時計回りに回転する。

前記受圧移動体６０の外周上部には、円筒部６１の内周面との間を気密的に封止して円筒部６１内を容積可変の上室５１と下室５２とに仕切るシール部材（ここでは、Ｏリング７１、例えばテフロン（登録商標）製の滑りリング７２からなるシール部材）及び該シール部材を係止する例えば金属製のリング部材７３がかしめ等により装着されている。

図１には、受圧移動体６０が最下降位置にあり、回転弁体２０が第１の回転位置をとっている状態が示され、図２には、受圧移動体６０が最上昇位置にあり、回転弁体２０が第２の回転位置をとっている状態が示されている。本例では、第１の回転位置と第２の回転位置との角度差、つまり、流路切換に要する回転角度は９０°となっている。

また、円筒部６１の下部には、下室５２に高圧流体を導入・排出するための下部ポート５４が設けられるとともに、その上蓋６２には、上室５１に高圧流体を導入・排出するための上部ポート５３が設けられている。

なお、受圧移動体６０の上下動を回転駆動体６５の回転運動に変換するための運動変換機構としては、上記のような送りねじを用いたものに限定されず、例えば、特開２０１６−８９９０１号公報に開示されているような、ボール、このボールの収容部、及び螺旋溝で構成されているもの等を採用することができる。

＜四方パイロット弁８の構成及び動作＞
次に、四方パイロット弁８について説明する。

本実施形態では、流路切換を、高圧部分である第１ポートｐＤ、上部ポート５３、下部ポート５４、及び、低圧部分である第４ポートｐＳに細管＃１〜＃４で接続された電磁式の四方パイロット弁８により行うようにされている。

四方パイロット弁８は、その構造自体はよく知られているものであるので、その構造説明は省略する。必要なら、例えば特開２０１６−１１４１３３号公報等を参照されたい。

この四方パイロット弁８においては、上部ポート５３に細管＃２を介して接続されるポートａ、第４ポートｐＳに細管＃４を介して接続される低圧ポートｂ、下部ポート５４に細管＃３を介して接続されるポートｃ、第１ポートｐＤに細管＃１を介して接続される高圧ポートｄが設けられている。

本例では、通電ＯＮ時には、高圧ポートｄとポートｃが連通するとともに、ポートａと低圧ポートｂが連通するので、第１ポートｐＤ（吐出側高圧ポート）に流入する高圧流体が下部ポート５４を介して下室５２に導入されるとともに、上室５１の高圧流体が上部ポート５３から第４ポートｐＳ（吸入側低圧ポート）へ排出される。

それに対し、通電をＯＦＦにすると、高圧ポートｄとポートａが連通するとともに、ポートｃと低圧ポートｂが連通するので、第１ポートｐＤ（吐出側高圧ポート）に流入する高圧流体が上部ポート５３を介して上室５１に導入されるとともに、下室５２の高圧流体が下部ポート５４から第４ポートｐＳ（吸入側低圧ポート）へ排出される。

したがって、四方パイロット弁８への通電をＯＮにすると、受圧移動体６０が上動し、これによって、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）反時計回りに９０°（第１の回転位置から第２の回転位置へと）回転し、図２、図３（Ｂ）に示される如くに、高圧側Ｕターン連通路４１により第１ポートｐＤと第３ポートｐＥとが連通するとともに、低圧側Ｕターン連通路４２により第２ポートｐＣと第４ポートｐＳとが連通する（回転弁体２０が第２の回転位置にある第２の連通状態）。

一方、四方パイロット弁８への通電をＯＦＦにすると、受圧移動体６０が下動し、回転駆動体６５、回転軸部材３０、及び回転弁体２０が（下から視て）時計回りに９０°（第２の回転位置から第１の回転位置へと）回転し、図１、図３（Ａ）に示される如くに、高圧側Ｕターン連通路４１により第１ポートｐＤと第２ポートｐＣとが連通するとともに、低圧側Ｕターン連通路４２により第３ポートｐＥと第４ポートｐＳとが連通する（回転弁体２０が第１の回転位置にある第１の連通状態）。

＜四方切換弁（流路切換弁）１の作用効果＞
上記のような構成とされた本実施形態の四方切換弁１では、回転弁体２０の一端側に収容部２３が設けられ、この収容部２３に、高圧冷媒が流通する高圧側Ｕターン連通路４１が設けられた高圧通路形成部材４０が上下方向に摺動自在に嵌挿保持され、かつ、高圧通路形成部材４０は圧縮コイルばね２５により蓋板部材１０Ａに押し付ける方向（反弁シート面１２側）に付勢されているので、当該高圧側Ｕターン連通路４１を流れる高圧冷媒に伴われる脈動は、低圧側Ｕターン連通路４２が設けられた回転弁体２０の基体部２１に対して高圧通路形成部材４０が主弁ハウジング１０の蓋板部材１０Ａに抑え込まれて吸収減衰される。

そのため、高圧冷媒に伴われる脈動に起因する回転弁体２０の振動を効果的に抑えることができ、そのため、高圧冷媒が脈動を伴っていても、低圧側Ｕターン連通路４２のシール面１７と弁シート面１２との間に隙間が形成され難くなり、その結果、主弁ハウジング１０内（弁室１１）の高圧冷媒が圧縮機吸入側に抜ける弁洩れの発生を効果的に抑えることができる。

また、高圧通路形成部材４０に設けられた高圧側Ｕターン連通路４１は、下面側が開口した側面視概略円弧（弓形）状ないしかまぼこ状とされ、かつ、その断面は、図９を参照すればよくわかるように、上部（外周側）が半円形状とされているので、前述した特許文献２に見られるような飯ごう形状（断面形状が矩形）のものに比して、圧力損失を低減できる。

したがって、本実施形態の四方切換弁１では、圧力損失の低減等を図りながら、低圧側Ｕターン連通路４２のシール性を向上し得て弁洩れを生じ難くできる。

上記に加え、本実施形態の四方切換弁１では、回転弁体２０に設けられた低圧側Ｕターン連通路４２は、基体部（上側部材）２１内に形成された弁体内通路部４６と、該弁体内通路部４６における下面側に溶着固定された低圧通路画成部材（下側部材）４７とで分割構成され、低圧側Ｕターン連通路４２は、側面視が円弧（弓形）状ないしかまぼこ状とされるとともに、断面形状が円形ないしそれに近い楕円形状とされ、かつ、一端から他端まで全長にわたって通路断面積が変わらないようされる。

つまり、低圧側Ｕターン連通路４２は、断面円形のチューブを断面形状（円形）を変えずに円弧状ないしかまぼこ状に湾曲させた理想の通路形状とされ、角部、段差、引っ掛かり等が全くないものとされるので、圧力損失を増大させる原因となる渦流を発生し難くできる。

また、耐圧強度が増大するので、断面形状がかまぼこ形状、角丸矩形、あるいは比較的扁平な楕円状で断面積が一様ではない従来の弁体に比して、内外の高低圧力差が大きくなっても、変形し難くなり、そのため、コストアップ、大型化等を招くことなく、低圧側Ｕターン連通路４２のシール性を向上し得て弁洩れを生じ難くできる。

さらに、低圧通路画成部材４７は、回転弁体２０の補強部材の役割も果たすので、高低圧力差が大きい場合でも、回転弁体２０を変形し難くできる。

また、低圧側Ｕターン連通路４２の通路径と第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの口径とが略同径とされるので、低圧側Ｕターン連通路４２内での流体の膨張や収縮が発生せず、それによっても、圧力損失を効果的に低減できる。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る流路切換弁の第２実施形態を図１０〜図１２を参照しながら説明する。

図１０は、本発明に係る流路切換弁の第２実施形態を示す断面図である。

図示実施形態の流路切換弁は、スライド式の四方切換弁２であり、ヒートポンプ式冷暖房システムにおいて流路切換用として使用されるもので、スライド弁体（移動弁体）９０を内蔵する主弁６と、第１実施形態で用いられているものと同じ構成の四方パイロット弁８を備える。

主弁６は、シリンダ型の主弁ハウジング８０、該主弁ハウジング８０内に設けられた弁座ブロック８１、該弁座ブロック８１の上面に形成された平坦で滑らかな弁シート面８２、該弁シート面８２に開口する、左右方向に横並びに設けられた第２ポートｐＣ、第４ポートｐＳ（低圧ポート）、及び第３ポートｐＥ、並びに、弁シート面８２上を左右方向に摺動可能に配在された断面逆立椀形状のスライド弁体９０を有する。

スライド弁体９０内には、前記３つのポートｐＣ、ｐＳ、ｐＥを選択的に連通させるべく、言い換えれば、隣り合うポートｐＳとポートｐＥとを連通させる第１の連通状態と、隣り合うポートｐＳとポートｐＣとを連通させる第２の連通状態とを作り出すべく、Ｕターン連通路９５が設けられている。

主弁ハウジング８０内は、左右２つのパッキン付きピストン８４Ａ、８４Ｂにより、弁室８３と、左右２つの作動室８６Ａ、８６Ｂとが画成されている。弁室８３には、圧縮機の吐出側に接続される第１ポートｐＤ（高圧ポート）が開口せしめられている。

ピストン８４Ａとピストン８４Ｂとは、連結体８７により一体移動可能に連結されている。連結体８７には、スライド弁体９０が下側から摺動自在に嵌合せしめられる開口８７ａが形成されており、スライド弁体９０は、左右一対のピストン８４Ａ、８４Ｂの往復移動に伴って連結体８７の開口８７ａ部分に押動されて、その内部に形成されたＵターン連通路９５を介して第３ポートｐＥと第４ポートｐＳ（低圧ポート）とを連通させるとともに、弁室８３（つまり、スライド弁体９０の外側）を介して第１ポートｐＤ（高圧ポート）と第２ポートｐＣとを連通させる右端位置（図１０に示される第１の連通状態）と、第２ポートｐＣと第４ポートｐＳ（低圧ポート）とを連通させるとともに、弁室８３（つまり、スライド弁体９０の外側）を介して第１ポートｐＤ（高圧ポート）と第３ポートｐＥとを連通させる左端位置（不図示の第２の連通状態）との間を摺動するようにされている。

前記２つの作動室８６Ａ、８６Ｂは、四方パイロット弁８及び細管＃１〜＃４を介して選択的に圧縮機吐出側と圧縮機吸入側とに接続され、２つの作動室８６Ａ、８６Ｂの圧力差を利用してピストン８４Ａ、８４Ｂを移動させ、それに伴ってスライド弁体９０を弁シート面８２上で摺動させて流路の切り換えを行うようにされている。

より詳しくは、本実施形態のスライド弁体９０は、図１１、図１２に４面図が示されているように、弁シート面８２を下側として、該弁シート面８２に対接するシール面９７を有する下側部材９１（図１２（Ｂ））と、該下側部材９１の上側に被さるように、例えば超音波溶着あるいはレーザ溶着により合体接合された上側部材９２（図１２（Ａ））とで分割構成されている。

上側部材９２は、下面側（弁シート面８２側）が開口し、かつ、内周上部（Ｕターン連通路９５の外周側）が概ね半円形状ないしそれに近い半楕円形状を持つものとなっている。

それに対し、下側部材９１は、左右両端に円形開口９９を有する平面視レーストラック状とされ、該下側部材９１の上側に上側部材９２が被さるようにして、そのレーストラック状の外周部分の上面が上側部材９２の下端周縁部に接合固定されている。

下側部材９１（の下面）のシール面９７は、ここでは、メガネのフレーム状とされている。また、前記Ｕターン連通路９５の断面形状を、上側部材９２と協同（合体）して、円形ないしそれに近い楕円形（図示例では、楕円形）とするとともに、一端から他端まで全長にわたって略等しい断面積とすべく、その中央部から左右両端の円形開口９９にかけて、上記第１実施形態と略同じ構成の山状突部９８が設けられている。

つまり、本実施形態では、前記Ｕターン連通路９５は、その下側ないし内周側部分が下側部材９１で画成され、その上側ないし外周側部分が上側部材９２で画成された、断面形状が円形ないしそれに近い楕円形かつ側面視概略逆Ｕ字状ないし円弧状を呈している。

本例では、Ｕターン連通路９５の通路径と第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの口径とは略同径とされており、Ｕターン連通路９５の一端及び他端（下側部材９１の左右両端の円形開口９９、９９）が第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの３つのポートの真上に選択的に位置せしめられ、これにより、前述のように前記第４ポートｐＳを含む隣り合うポート間（ｐＳ−ｐＥ、ｐＳ−ｐＣ）を選択的に連通して流路の切り換えを行うようになっている。

このような構成とされた本実施形態の四方切換弁２では、上記第１実施形態のロータリー式のものと同様に、スライド弁体９０に設けられたＵターン連通路９５は、断面円形のチューブを断面形状をほとんど変えずにＵ字状ないし円弧状に湾曲させた理想の通路形状とされ、角部、段差、引っ掛かり等が全くないものとされるので、圧力損失を増大させる原因となる渦流を発生し難くできる。

また、上記のように、スライド弁体９０を下側部材９１と上側部材９２の２部材で分割構成とすることにより、単一部材では困難であった理想の通路形状を比較的低コストで実現でき、しかも、その断面形状が円形ないしそれに近い楕円形とされるとともに、一端から他端まで全長にわたって略等しい断面積とされていることにより、耐圧強度が増大するので、断面形状がかまぼこ形状、角丸矩形、あるいは比較的扁平な楕円状で断面積が一様ではない従来のスライド弁体に比して、内外の高低圧力差が大きくなっても、変形し難くなり、そのため、コストアップ、大型化等を招くことなく、Ｕターン連通路のシール性を向上し得て弁洩れを生じ難くできる。

また、Ｕターン連通路９５の通路径と第２〜第４ポートｐＣ、ｐＥ、ｐＳの口径とが略同径とされるので、Ｕターン連通路９５内での流体の膨張や収縮が発生せず、それによっても、圧力損失を効果的に低減できる。

［第２実施形態の変形形態］
図１３、図１４は、上記第２実施形態のスライド弁体９０の他例のスライド弁体９０’の４面図を示している。

本例のスライド弁体９０'では、その内部に形成されたＵターン連通路９５'の寸法形状は上記したスライド弁体９０のＵターン連通路９５の寸法形状とほぼ同じであるが、上側部材９２'及び下側部材９１'の形状やそれらの接合部位が異なっている。

本例では、下側部材９１'が、比較的大きな平面視レーストラック状とされ、そのレーストラック状の外周より若干内側の上面から突設された環状壁の９６'の上下部分が上側部材９２'の周縁部に接合固定されている。また、下側部材９１’（の下面）のシール面９７’は、ここでは、左右２個の円形開口９９'付きの角丸長方形状とされている。

かかる例においても、上記第２実施形態のものと同様な作用効果が得られることは詳述するまでも無い。

なお、上述した本発明に係る流路切換弁は、ヒートポンプ式冷暖房システムのみならず、他のシステム、装置、機器類にも組み込めることは勿論である。

１ 四方切換弁（流路切換弁の第１実施形態）
２ 四方切換弁（流路切換弁の第２実施形態）
５ 主弁（第１実施形態）
６ 主弁（第２実施形態）
７ アクチュエータ
８ 四方パイロット弁
１０ 主弁ハウジング（第１実施形態）
１０Ａ 蓋板部材
１０Ｂ 底板部材
１０Ｃ 胴部
１１ 弁室
１２ 弁シート面
１６ 当接面（高圧側Ｕターン連通路）
１７ シール面（低圧側Ｕターン連通路）
２０ 回転弁体（移動弁体）
２１ 基体部（上側部材）
２３ 収容部
２５ 圧縮コイルばね（第２付勢部材）
３０ 回転軸部材
３９ 圧縮コイルばね（第１付勢部材）
４０ 高圧通路形成部材
４１ 高圧側Ｕターン連通路
４２ 低圧側Ｕターン連通路
４３ 舌状把手部
４５ 円環状部
４６ 弁体内通路部
４７ 低圧通路画成部材（下側部材）
４８ 山状突部
４９ 円形開口
５１ 上室
５２ 下室
５３ 上部ポート
５４ 下部ポート
５５ ボール保持体
６０ 受圧移動体
６５ 回転駆動体
８０ 主弁ハウジング（第２実施形態）
８１ 弁座ブロック
８２ 弁シート面
８３ 弁室
８４Ａ、８４Ｂ ピストン
８６Ａ、８６Ｂ 作動室
８７ 連結体
９０ スライド弁体（移動弁体）
９１ 下側部材
９２ 上側部材
９５ Ｕターン連通路
９７ シール面
９８ 山状突部
９９ 円形開口
ｐＤ 第１ポート（吐出側高圧ポート）
ｐＣ 第２ポート（室外側入出ポート）
ｐＥ 第３ポート（室内側入出ポート）
ｐＳ 第４ポート（吸入側低圧ポート）

Claims (5)

1. 主弁ハウジング、該主弁ハウジング内に設けられた弁シート面、該弁シート面に開口する３個以上のポート、及び前記弁シート面上を回動可能に配在された回転弁体を有し、該回転弁体内に、前記ポート間を選択的に連通すべく、側面視概略逆Ｕ字状ないし円弧状を呈する２つのＵターン連通路が形成されている流路切換弁であって、
   前記２つのＵターン連通路は、一方が低圧流体が流通する低圧側Ｕターン連通路であり、他方が高圧流体が流通する高圧側Ｕターン連通路であり、
   前記回転弁体は、前記弁シート面を下側として、該弁シート面に対接する一対の円環状シール面を有する下側部材と、該下側部材の上側に被さるように合体接合される上側部材とで分割構成され、前記下側部材で前記低圧側Ｕターン連通路の下側ないし内周側部分が画成され、前記上側部材で前記低圧側Ｕターン連通路の上側ないし外周側部分が画成され、前記低圧側Ｕターン連通路は、その断面形状が円形ないしそれに近い楕円形とされるとともに、一端から他端まで全長にわたって等しい断面積とされており、
   前記高圧側Ｕターン連通路の前記弁シート面に対接する当接面はシール性を備えていないことを特徴とする流路切換弁。
2. 前記下側部材には、前記低圧側Ｕターン連通路の一端及び他端を構成する開口が設けられるとともに、その中央部から両端の開口にかけて山状突部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
3. 前記山状突部は、断面形状が半円状ないしそれに近い半楕円状の表面を有していることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
4. 前記低圧側Ｕターン連通路の通路径と前記弁シート面に開口するポートの口径とが同径とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の流路切換弁。
5. 前記上側部材と前記下側部材とで、前記低圧側Ｕターン連通路の上下半分ずつを画成していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の流路切換弁。

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