JP6670208B2 - スライド弁および冷凍サイクルシステム - Google Patents

Description

本発明は、流体の流れを制御するスライド弁および冷凍サイクルシステムに関する。

従来、冷凍サイクルシステム等に用いられるスライド弁として、例えば特開２００４−１２５２３８号公報（特許文献１）及び特開２００７−２４７８６５号公報（特許文献２）に開示されたものがある。これらのスライド弁は、円筒状の弁ハウジングの内部で、弁座上に弁体を配置するとともにこの弁体を一対のピストンに連結し、ピストンに加わる流体の圧力で弁体をスライドさせるものがある。

図８は例えば特許文献１のスライド弁の弁ハウジングの端部の拡大断面図である。このスライド弁は切換弁であり、弁ハウジング９が、円筒部９１の端部に栓体９２を嵌合することで構成されている。ピストン９３は連結板９４の端部に取り付けられ、この連結板９４で図示しない弁体を保持している。また、ピストン９３は、固定円板９３ａとストッパ板９３ｂとの間にばね９３ｃとパッキン９３ｄを挟持して構成されており、ピストン９３はパッキン９３ｄを円筒部９１の内周面に押圧しながら弁ハウジング９の軸線Ｌ方向に往復移動可能となっている。そして、ピストン９３と連結板９４（及び弁体）は、ピストン９３のストッパ板９３ｂが栓体９２の嵌合部９２ａに当接することにより弁ハウジング９内の端部で停止するようになっている。

特開２００４−１２５２３８号公報 特開２００７−２４７８６５号公報

上述したスライド弁においては、ピストン９３のストッパ板９３ｂが栓体９２の嵌合部９２ａに当接するとき、ピストン９３が軸線Ｌを中心として当接すると、ストッパ板９３ｂと嵌合部９２ａとの接触部分は、図９の格子線で示す部分のようになる。なお、図９及び図１０は図８のＡ−Ａ断面図である。しかしながら、ピストン９３が軸線Ｌから偏った場合、ストッパ板９３ｂと嵌合部９２ａとの接触部分は、例えば図１０の格子線で示す部分のようになる。このため、接触部分の最大幅となる部分と最少幅となる部分とで、接触面積の差が大きくなり、ストッパ機能が不安定になる。このため、スライド弁の作動性能にバラツキが生じる。このことは、例えば特許文献２に開示されているような二方開閉弁でも同様である。

本発明は、スライド弁において、ピストンに対するストッパ機能を安定させて、作動性能のバラツキを低減することを課題とする。

請求項１のスライド弁は、筒状の弁ハウジング内でピストンにより弁体を移動して、前記弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流れを制御するスライド弁であって、前記弁ハウジングが、円筒形状の円筒部と該円筒部の両端を封止する栓体とで構成され、前記栓体は、前記円筒部の内部に嵌合される嵌合部を有し、前記ピストンを前記栓体側で停止するようにしたスライド弁において、前記栓体は、全体が板状であるとともに端縁が筒状に屈曲された形状を有することで前記嵌合部が形成されるとともに、前記嵌合部より径方向内側に、前記嵌合部の前記ピストン側の端面と面一であり、かつ、前記嵌合部と一体に形成された幅拡大部が設けられ、前記嵌合部と前記幅拡大部とを合わせた部分の径方向の厚みが、前記栓体のその他の部分の肉厚よりも厚く、前記嵌合部の前記ピストン側の端面と、前記幅拡大部の前記ピストン側の端面である拡大ストッパ面と、に前記ピストンのストッパ板を当接させて該ピストンを停止するように構成されていることを特徴とする。

請求項２のスライド弁は、筒状の弁ハウジング内でピストンにより弁体を移動して、前記弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流れを制御するスライド弁であって、前記弁ハウジングが、円筒形状の円筒部と該円筒部の両端を封止する栓体とで構成され、前記栓体は、前記円筒部の内部に嵌合される環状の嵌合部を有し、前記ピストンを前記栓体側で停止するようにしたスライド弁において、前記栓体の前記嵌合部の径方向内側には、前記嵌合部の前記ピストン側の端面と面一の幅拡大部が設けられ、前記幅拡大部が、前記栓体の前記嵌合部の内側に嵌め込まれた環状部材で構成され、前記嵌合部の前記ピストン側の端面と、前記幅拡大部の前記ピストン側の端面である拡大ストッパ面と、に前記ピストンのストッパ板を当接させて該ピストンを停止するように構成されていることを特徴とする。

請求項３のスライド弁は、筒状の弁ハウジング内でピストンにより弁体を移動して、前記弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流れを制御するスライド弁であって、前記弁ハウジングが、円筒形状の円筒部と該円筒部の両端を封止する栓体とで構成され、前記栓体は、前記円筒部の内部に嵌合される環状の嵌合部を有し、前記ピストンを前記栓体側で停止するようにしたスライド弁において、前記栓体の前記嵌合部の軸方向内側には、前記嵌合部の前記ピストン側の端面に当接するとともに前記嵌合部よりも径方向内側に突出した金属製の環状ストッパ板が設けられ、前記環状ストッパ板における前記嵌合部よりも径方向内側に突出した部分の前記ピストン側の面によって拡大ストッパ面が構成され、前記拡大ストッパ面を含む前記環状ストッパ板の前記ピストン側の当接面に、前記ピストンのストッパ板を当接させて該ピストンを停止するように構成されていることを特徴とする。

請求項４の冷凍サイクルシステムは、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスライド弁を備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ピストンが停止するとき、栓体の嵌合部より内側にある拡大ストッパ面がピストンのストッパ板に当接するので、このストッパ板に対して嵌合部の内側において接触面積が増大する。したがって、ピストンが弁ハウジングの円筒部の中心から偏ったとしても、その偏り方向の端部の接触面積の差が小さくなるので、ストッパ機能が安定し、スライド弁の作動性能のバラツキが低減する。

また、栓体の嵌合部のピストン側の端面とその内側の拡大ストッパ面とがピストンのストッパ板に当接するので、ストッパ板に対する接触面積がさらに増大し、偏り方向の端部の接触面積の差がさらに小さくなる。

また、拡大ストッパ面を有する幅拡大部が嵌合部と一体に形成されているので、栓体の加工のみで拡大ストッパ面を設けることができるので、弁ハウジングの組み付け作業が容易になる。

請求項２の発明によれば、栓体の嵌合部の内側に環状部材を嵌め込むだけで拡大ストッパ面を設けることができるので、栓体に対するさらなる加工を必要とせず従来のものを用いることができる。

請求項３の発明によれば、栓体の嵌合部のピストン側に環状ストッパ板を設けるだけで拡大ストッパ面を構成することができる。

請求項４の発明によれば、スライド弁における作動性能のバラツキが低減されるので、信頼性の高い冷凍サイクルシステムを得ることができる。

本発明の第１実施形態のスライド弁及び冷凍サイクルを示す図である。 第１実施形態のスライド弁における弁ハウジングの端部の拡大断面図である。 第１実施形態のスライド弁におけるピストンが中心にある場合のストッパ板に対する接触部分を示す図である。 第１実施形態のスライド弁におけるピストンが偏った場合のストッパ板に対する接触部分を示す図である。 第２実施形態のスライド弁における弁ハウジングの端部の拡大断面図である。 第３実施形態のスライド弁における弁ハウジングの端部の拡大断面図である。 第４実施形態のスライド弁における弁ハウジングの端部の拡大断面図である。 従来のスライド弁における弁ハウジングの端部の拡大断面図である。 従来のスライド弁におけるピストンが中心にある場合のストッパ板に対する接触部分を示す図である。 従来のスライド弁におけるピストンが偏った場合のストッパ板に対する接触部分を示す図である。

次に、本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態のスライド弁及び冷凍サイクルシステムを示す図、図２は実施形態のスライド弁における弁ハウジングの端部の拡大断面図である。この実施形態に係るスライド弁１００は四方切換弁であり、後述のようにパイロット弁２００により切り換えられる。スライド弁１００は、弁ハウジング１０内に、弁座２、一対のピストン３，３、連結板４、弁体５を備えている。

弁ハウジング１０は筒状であり、円筒形状の円筒部１０１と２つの栓体１，１とで構成されている。栓体１，１はそれぞれ円筒部１０１の端部を塞ぐように円筒部１０１にろう付けや溶接等により取り付けられており、円筒部１０１及び栓体１，１の中心軸が弁ハウジング１０の軸線Ｌとなっている。この軸線Ｌは後述のピストン３，３及び弁体５のスライド方向である。円筒部１０１の側部の一箇所には溶接やろう付け等によりＤ継手６ｄが取り付けられており、Ｄ継手６ｄは弁ハウジング１０内に導通されている。

弁座２には、弁ハウジング１０の軸線Ｌ方向に一直線上に並んでＥポート２ａ、Ｓポート２ｂ及びＣポート２ｃが形成されており、これらＥポート２ａ、Ｓポート２ｂ、Ｃポート２ｃには、それぞれＥ継手６ａ、Ｓ継手６ｂ、Ｃ継手６ｃが取り付けられている。

一対のピストン３，３は互いに対向配置され、それぞれが、固定円板３１とストッパ板３２とにより、ばね３３とパッキン３４を挟持しており、このピストン３，３はパッキン３４を円筒部１０１の内周面に押圧しながら軸線Ｌ方向に往復移動可能となっている。これにより、弁ハウジング１０の内部は、２つのピストン３，３により、中央部の主弁室１０Ａと主弁室１０Ａの両側の２つの作動室１０Ｂ，１０Ｂとに仕切られている。

連結板４は金属板からなり、この連結板４は、弁ハウジング１０の軸線Ｌ上に配置されるようにピストン３，３の間に架設されている。また、連結板４には、その中央に弁体５を保持する保持孔４ａと、弁体５の両側に位置する透孔４ｂ，４ｃが形成されている。弁体５は椀部５１が保持孔４ａ内に嵌め込まれて連結板４に保持されている。そして、弁体５は、ピストン３，３が移動すると連結板４に連動して弁座２の弁座面上を軸線Ｌ方向（スライド方向）に摺動し、予め定められた左右の位置で停止する。

弁体５には椀部５１の内側に椀状凹部５１Ａが形成されている。そして、弁体５は、図１の右側の端部位置において、Ｓポート２ｂとＣポート２ｃとを椀状凹部５１Ａにより導通する。このとき、Ｅポート２ａは主弁室１０Ａ内で主に透孔４ｂを介してＤ継手６ｄに導通する。また、弁体５は、図１の左側の端部位置において、Ｓポート２ｂとＥポート２ａとを椀状凹部５１Ａにより導通する。このとき、Ｃポート２ｃは主弁室１０Ａ内で主に透孔４ｃを介してＤ継手６ｄに導通する。

図１に示す冷凍サイクルシステムは、ルームエアコン等の空気調和機に利用されるものであって、スライド弁１００と、パイロット弁２００と、冷媒を圧縮する圧縮機３００と、冷房モード時に蒸発器として機能する室内熱交換器４００と、冷房モード時に凝縮器として機能する室外熱交換器５００と、室内熱交換器４００と室外内熱交換器５００との間にて冷媒を膨張させて減圧する膨張手段としての膨張弁６００と、を備え、これらが冷媒配管によって連結されている。なお、膨張手段としては、膨張弁６００に限らず、キャピラリでもよい。上記のように、この実施形態の冷凍サイクルシステムは、弁ハウジング１０に対して、圧縮機３００の吐出側に接続されるＤ継手６ｄと、圧縮機３００の吸入側に接続されるＳ継手６ｂと、一方の室内熱交換器４００に接続されるＥ継手６ａと、他方の室外内熱交換器５００に接続されるＣ継手６ｃと、がそれぞれ導通され、弁体５により、Ｓ継手６ｂに対してＥ継手６ａまたはＣ継手６ｃを択一的に切換導通するとともに、Ｓ継手６ｂに対して非導通となるＣ継手６ｃまたはＥ継手６ａを弁ハウジング１０内を介してＤ継手６ｄに導通するよう構成されている。

パイロット弁２００は、導管７ａ〜７ｄによりスライド弁１００に接続されている。パイロット弁２００は、例えばスライド弁１００と同様な構造であり、電磁アクチュエータ等により弁体を移動して流路を切り換える。そして、このパイロット弁２００は、スライド弁１００のＳ継手６ｂに連通する導管７ａの接続先を、スライド弁１００の左側の作動室１０Ｂに連通する導管７ｂと、右側の作動室１０Ｂに連通する導管７ｃとで切り換え、これと同時にスライド弁１００のＤ継手６ｄに連通する導管７ｄの接続先を導管７ｃと導管７ｂとで切り換える。

すなわち、スライド弁１００の左右の作動室１０Ｂ，１０Ｂに対して、一方を減圧するとともに他方を高圧にする状態を両作動室１０Ｂ，１０Ｂ間で切り換える。これにより、減圧された作動室１０Ｂの圧力と主弁室１０Ａの高圧の圧力との圧力差を減圧された作動室１０Ｂ側のピストン３に加わえる。これにより、ピストン３、連結板４及び弁体５が移動され、この弁体５の位置が切り換えられて冷凍サイクルの流路が切り換えられる。なお、圧縮機３００で圧縮された高圧の冷媒はＤ継手６ｄから主弁室１０Ａ内に流入し、冷房運転の状態では、高圧冷媒はＣ継手６ｃから室外熱交換器５００に流入される。また、暖房運転の状態では、高圧冷媒はＥ継手６ａから室内熱交換器４００に流入される。

スライド弁１００において、弁体５の移動により流路を切り換えるとき、ピストン３のストッパ板３２が栓体１に当接することで、ピストン３及び弁体５の移動が停止される。図２に示すように、栓体１は、円筒部１０１の内部に嵌合される環状の嵌合部１１を有している。また、この嵌合部１１の内側に、嵌合部１１のストッパ板３２側（ピストン３側）の端面１１ａと面一の拡大ストッパ面１２ａを有する幅拡大部１２が設けられている。この実施形態では、幅拡大部１２は、栓体１の嵌合部１１と一体に形成されている。なお、嵌合部１１及び幅拡大部１２は軸線Ｌを中心として回転対称な形状であり、この嵌合部１１と幅拡大部１２との境界を二点鎖線で図示する。このように、嵌合部１１と幅拡大部１２とを合わせた部分の半径方向の厚みは、栓体１のその他の部分の肉厚よりも厚くなっている。

図３はストッパ板３２が栓体１に当接したときの、ピストン３が軸線Ｌの中心にある場合のストッパ板３２に対する接触部分を示す図である。なお、図３及び図４は図２のＡ−Ａ断面図である。上記のように、栓体１の嵌合部１１の内側に拡大ストッパ面１２ａを備えているので、この拡大ストッパ面１２ａは嵌合部１１のストッパ板３２側の端面１１ａと共に、ピストン３のストッパ板３２に当接し、ピストン３を停止させる。これにより、図３に示すように、ストッパ板３２に対する当接部の接触部分（格子線の部分）は、前記従来のものに比べて、拡大ストッパ面１２ａの分だけ広くなる。したがって、例えば図４に示すように、ピストン３が軸線Ｌから偏っている場合でも、接触部分の偏り方向の端部の接触面積の差が小さくなり、ストッパ機能が安定し、スライド弁の作動性能のバラツキが低減する。

図５は第２実施形態のスライド弁における弁ハウジングの端部の拡大断面図である。なお、以下の各実施形態では、弁ハウジングの端部の拡大断面図について説明するが、各実施形態のスライド弁のその他の構成及び冷凍サイクルシステムは第１実施形態と同様である。また、第１実施形態と同じ要素には図１乃至図４と同符号を付記して重複する説明は省略する。

図５の第２実施形態では、嵌合部１１の内側に、嵌合部１１のストッパ板３２側（ピストン３側）の端面１１ａと面一の拡大ストッパ面１３ａを有する幅拡大部１３が設けられている。この実施形態では、幅拡大部１３は、栓体１の嵌合部１１と一体に形成されている。なお、嵌合部１１及び幅拡大部１３は軸線Ｌを中心として回転対称な形状である。このように、嵌合部１１と幅拡大部１３とを合わせた部分の半径方向の厚みは、栓体１のその他の部分の肉厚よりも厚くなっている。

図６の第３実施形態では、栓体１の嵌合部１１の内側に、嵌合部１１のストッパ板３２側（ピストン３側）の端面１１ａと面一の拡大ストッパ面１４ａを有する幅拡大部１４が設けられている。この幅拡大部１４は嵌合部１１の内側に嵌め込まれた環状部材１４Ａで構成されている。環状部材１４Ａは、嵌合部１１に圧入等により固定されている。この実施形態では、栓体１は肉厚が均一でよいので、製造が容易になる。

図７の第４実施形態では、栓体１′は、円筒部１０１の内部に嵌合される環状の嵌合部１１′を有している。この実施形態の嵌合部１１′は、第１実施形態等の嵌合部１１よりも軸線Ｌ方向の幅が短くなっており、この嵌合部１１′のストッパ板３２側に設けられた環状ストッパ板１５を備えている。この環状ストッパ板１５は円筒部１０１の段部と栓体１′との間に設けられ、円筒部１０１のかしめにより栓体１′と共に固定されている。そして、環状ストッパ板１５は、ストッパ板３２側に当接面１５ａを有し、この当接面１５ａの一部により拡大ストッパ面１５ａ１が構成されている。この実施形態でも、第３実施形態と同様に、栓体１′は肉厚が均一でよいので、製造が容易になる。

以上の第２実施形態及び第３実施形態でも、拡大ストッパ面１３ａ，１４ａは嵌合部１１のストッパ板３２側の端面１１ａと共に、ピストン３のストッパ板３２に当接し、ピストン３を停止させる。したがって、ストッパ板３２に対する当接部の接触部分は、従来のものに比べて拡大ストッパ面１３ａ，１４ａの分だけ広くなり、第１実施形態と同様に、ピストン３が軸線Ｌから偏っている場合でも、接触部分の偏り方向の端部の接触面積の差が小さくなり、ストッパ機能が安定し、スライド弁の作動性能のバラツキが低減する。

また、第４実施形態でも、環状ストッパ板１５のストッパ板３２側の当接面１５ａに、拡大ストッパ面１５ａを有しており、ピストン３のストッパ板３２に当接した時の、ストッパ板３２に対する当接部の接触部分は、従来のものに比べて拡大ストッパ面１５ａ１の分だけ広くなり、ピストン３が軸線Ｌから偏っている場合でも、接触部分の偏り方向の端部の接触面積の差が小さくなり、ストッパ機能が安定し、スライド弁の作動性能のバラツキが低減する。

なお、以上の各実施形態の栓体１，１′は、真鍮等の金属部材を母材として、冷間鍛造、プレス加工等により形成されたものである。なお、第２実施形態（図５）における幅拡大部１３のように、栓体１の内側に膨出している箇所は長めの筒状の嵌合部を形成した後、再度、プレスする鍛造工程により形成される。栓体の形成方法は切削等の別の方法でもよい。

また、以上の実施形態では、四方切換弁として構成したスライド弁について説明したが、本発明のスライド弁は、例えば特許文献２のスライド弁のように、流体（冷媒）の流路を開閉するような二方弁に適用できることはいうまでもない。そして、このような二方弁に適用したスライド弁は、例えば、冷凍サイクルシステムにおいて、ホットガスデフロスト式のバイパス回路の開閉用の他、大きな流量が必要とされる流路の開閉等にも用いることができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１０ 弁ハウジング
１０１ 円筒部
１ 栓体
１１ 嵌合部
１１ａ 端面
１２ 幅拡大部
１２ａ 拡大ストッパ面
１３ 幅拡大部
１３ａ 拡大ストッパ面
１４ 幅拡大部
１４Ａ 環状部材
１４ａ 拡大ストッパ面
１′ 栓体
１１′ 嵌合部
１５ 環状ストッパ板
１５ａ 当接面
１５ａ１ 拡大ストッパ面
２ 弁座
３ ピストン
３１ 固定円板
３２ ストッパ板
３３ ばね
３４ パッキン
４ 連結板
５ 弁体
６ａ Ｅ継手
６ｂ Ｓ継手
６ｃ Ｃ継手
６ｄ Ｄ継手
１００ スライド弁
２００ パイロット弁
３００ 圧縮機
４００ 室内熱交換器
５００ 室外熱交換器
６００ 膨張弁

Claims (4)

1. 筒状の弁ハウジング内でピストンにより弁体を移動して、前記弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流れを制御するスライド弁であって、前記弁ハウジングが、円筒形状の円筒部と該円筒部の両端を封止する栓体とで構成され、前記栓体は、前記円筒部の内部に嵌合される嵌合部を有し、前記ピストンを前記栓体側で停止するようにしたスライド弁において、
   前記栓体は、全体が板状であるとともに端縁が筒状に屈曲された形状を有することで前記嵌合部が形成されるとともに、前記嵌合部より径方向内側に、前記嵌合部の前記ピストン側の端面と面一であり、かつ、前記嵌合部と一体に形成された幅拡大部が設けられ、
   前記嵌合部と前記幅拡大部とを合わせた部分の径方向の厚みが、前記栓体のその他の部分の肉厚よりも厚く、
   前記嵌合部の前記ピストン側の端面と、前記幅拡大部の前記ピストン側の端面である拡大ストッパ面と、に前記ピストンのストッパ板を当接させて該ピストンを停止するように構成されていることを特徴とするスライド弁。
2. 筒状の弁ハウジング内でピストンにより弁体を移動して、前記弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流れを制御するスライド弁であって、前記弁ハウジングが、円筒形状の円筒部と該円筒部の両端を封止する栓体とで構成され、前記栓体は、前記円筒部の内部に嵌合される環状の嵌合部を有し、前記ピストンを前記栓体側で停止するようにしたスライド弁において、
   前記栓体の前記嵌合部の径方向内側には、前記嵌合部の前記ピストン側の端面と面一の幅拡大部が設けられ、
   前記幅拡大部が、前記栓体の前記嵌合部の内側に嵌め込まれた環状部材で構成され、
   前記嵌合部の前記ピストン側の端面と、前記幅拡大部の前記ピストン側の端面である拡大ストッパ面と、に前記ピストンのストッパ板を当接させて該ピストンを停止するように構成されていることを特徴とするスライド弁。
3. 筒状の弁ハウジング内でピストンにより弁体を移動して、前記弁ハウジングに接続される配管を流れる流体の流れを制御するスライド弁であって、前記弁ハウジングが、円筒形状の円筒部と該円筒部の両端を封止する栓体とで構成され、前記栓体は、前記円筒部の内部に嵌合される環状の嵌合部を有し、前記ピストンを前記栓体側で停止するようにしたスライド弁において、
   前記栓体の前記嵌合部の軸方向内側には、前記嵌合部の前記ピストン側の端面に当接するとともに前記嵌合部よりも径方向内側に突出した金属製の環状ストッパ板が設けられ、
   前記環状ストッパ板における前記嵌合部よりも径方向内側に突出した部分の前記ピストン側の面によって拡大ストッパ面が構成され、
   前記拡大ストッパ面を含む前記環状ストッパ板の前記ピストン側の当接面に、前記ピストンのストッパ板を当接させて該ピストンを停止するように構成されていることを特徴とするスライド弁。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスライド弁を備えたことを特徴とする冷凍サイクルシステム。

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