JP6815061B2 - 流路切換弁 - Google Patents
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Description
特許文献1の流路切換弁においては、弁体内部流路とケーシング内部空間とを弁体に形成した連通孔を介して連通させ、弁体内圧と弁体背圧とのアンバランスを緩和して、弁体のスムーズな摺動を実現している。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、複数の弁孔が形成された平坦な弁座と、弁座に摺接する内部に流路が形成された弁体と、弁体回転駆動用の軸部材と、弁座と弁体と軸部材とを外部環境に対して気密に収容するケーシングとを備え、軸部材の往復回転に連動して弁体が所定角度で往復回転摺動し二つ以上の流路切換状態を実現する流路切換弁であって、弁体のスムーズな摺動を実現でき、且つ弁体内部流路を流れる流体が外部環境に漏洩する危険性が少ない流路切換弁を提供することを目的とする。
第2流路切換状態から第1流路切換状態へ向けて軸部材を回転させると、軸部材は基準回転位置から遊び領域の他方の終点まで微小角度回転した後弁体に係合する。この間に連通孔閉鎖用突起の連通孔への嵌合が解除されて弁体内部流路とケーシング内部空間が連通し、弁体内部流路を流れる流体がケーシング内部空間へ流出して、弁体内圧と弁体背圧とのアンバランスが緩和され、或いは解消する。軸部材を更に回転させ、軸部材に係合した弁体を摺動回転させて第1流路切換状態を実現する。軸部材を逆方向へ微小角度回転させて軸部材の回転位置を遊び領域内の基準回転位置に合わせ、連通孔閉鎖用突起を連通孔に嵌合させて連通孔を閉鎖し、弁体内部流路を流れる流体のケーシング内部空間への流出を阻止する。
本流路切換弁において、流路切換状態が三つの場合、第1流路切換状態から第2流路切換状態を経て第3流路切換状態へ向けて軸部材を回転させ、或いは第1流路切換状態から直接第3流路切換状態へ向けて軸部材を回転させる。第3流路切換状態を実現した後、軸部材を逆方向へ微小角度回転させて軸部材の回転位置を遊び領域内の基準回転位置に合わせ、連通孔閉鎖用突起を連通孔に嵌合させて連通孔を閉鎖し、弁体内部流路を流れる流体のケーシング内部空間への流出を阻止する。流路切換状態が4つ以上の場合も同様の操作で流路切換を行う。
上記説明から分かるように、本発明に係る流路切換弁においては、二つ以上の流路切換状態の間で弁体を回転駆動する時は、弁体内部流路とケーシング内部空間とを連通させて弁体内圧と弁体背圧とのアンバランスを緩和し、或いは解消し、流路切換弁が二つ以上の流路切換状態に在る時は、弁体内部流路とケーシング内部空間との連通を遮断するので、弁体のスムーズな回転摺動を実現でき、且つ弁体内部流路を流れる流体が外部環境に漏洩する危険性が少ない。
図1〜8に示すように、流路切換弁1は四方弁であり、上面視円形の平坦な弁座2を備えている。弁座2には、中心部に形成された円形凹部2aと、同心円上に互いに周方向に等間隔を隔てて配設された4個の弁孔2b1、2b2、2b3、2b4とが形成されている。弁座2は、上面視正方形の弁座形成体2’の上面に形成されている。弁座形成体2’の下面には、4個の弁孔2b1、2b2、2b3、2b4に連通する4個の管路2a1’、2a2’、2a3’、2a4’が形成されている。図3(b)に示すように、管路2a1’は図示しないヒートポンプ回路の圧縮機の吐出ポートに接続し、管路2a2’は前記ヒートポンプ回路の室外熱交換器に接続し、管路2a3’は前記ヒートポンプ回路の圧縮機の吸入ポートに接続し、管路2a4’は前記ヒートポンプ回路の室内熱交換器に接続している。室内熱交換器と室外熱交換器とは図示しない膨張弁を介して接続している。
流路切換弁1は弁体3を備えている。弁体3は、開放端を下方へ差し向けた上面視湾曲長円形の一対のカップ形状体3a、3bを、内径側の側壁を互いに当接させて一体化した構成を有している。カップ形状体3a、3bは、下面側に互いに独立した弁体内部流路3a1、3b1を形成している。弁体3の下端面は弁座2に摺接している。上面視で弁体3の中心部に、上面視略菱形の上下貫通孔3cが形成されている。貫通孔3cの上端部は、上面視長径対角線上で、扇形に径方向外方へ延在する一対の凹部3c’を形成している。凹部3c’はカップ形状体3a、3bの上端壁融合部に形成されている。カップ形状体3a、3bの上端壁にそれぞれ一対の貫通孔3a2、3b2が同心円上に形成されている。貫通孔3a2、3b2は弁体内部流路3a1、3b1に連通している。
弁体3の貫通孔3cと一対の凹部3c’とは、軸部材4と弁体3との間の軸部材4回転方向の係合部を形成している。図6(b)に一点鎖線と二点鎖線とで示すように、直方体部4bは、貫通孔3cと一対の凹部3c’内で所定の微小回転角度領域内で遊動回転可能である。当該遊動回転可能な角度領域が、軸部材4と弁体3との軸部材4回転方向の係合部の遊び領域を形成している。前記遊び領域内で軸部材4が回転する場合には、直方体部4bは一対の凹部3c’の側壁に当接せず、ひいては軸部材4と弁体3とは軸部材4の回転方向に係合せず、弁体3は回転しないが、前記遊び領域を超えて軸部材4が回転すると、直方体部4bが一対の凹部3c’の側壁に当接し、ひいては軸部材4と弁体3とが軸部材4の回転方向に係合して、弁体3が回転する。直方体部4bが図6(b)に実線で示すように遊動領域内の基準回転位置、より具体的には中心回転位置に在る時、即ち軸部材4が遊び領域内の基準回転位置、より具体的には中心回転位置に在る時、円板部4cの下面外周縁部に形成された4個の円錐体状突起4c1が弁体3の上端壁に形成された4個の貫通孔3a2、3a2、3b2、3b2に上方から嵌合して貫通孔3a2、3a2、3b2、3b2を閉鎖している。
軸部材4は、ケーシングの蓋部5aに固定されてセレーション4dに噛合する図示しないギャボックスを介して図示しないステッピングモータに接続されると共に、ギャボックスにより上方への移動が規制されている。 弁体3の貫通孔3c内に収容され、上端が軸部材4の直方体部4b下面に当接し下端が貫通孔3cの下端部に形成された環状段部3c”に当接するコイルバネ8によって、弁体3は下方へ付勢され、弁体3の下端が弁座2に摺接している。
弁体3の上方と側方外方とにケーシング内部空間5’が形成されている。
流路切換弁1は、図3(b)に示す第1流路切換状態にある。第1流路切換状態においては、管路2a1’と管路2a4’とが弁孔2b1と弁体内部流路3a1と弁孔2b4とを介して連通し、管路2a2’と管路2a3’とが弁孔2b2と弁体内部流路3b1と弁孔2b3と介して連通している。軸部材の直方体部4bは図6(b)で実線で示すように遊動領域内の中心位置に在り、即ち軸部材4が遊び領域内の中心の回転位置に在り、図3(a)に示すように、円板部4cの下面外周縁部に形成された4個の円錐体状突起4c1が弁体3の上端壁に形成された4個の貫通孔3a2、3a2、3b2、3b2に上方から嵌合して貫通孔3a2、3a2、3b2、3b2を閉鎖している。この結果、弁体3の内部流路3a1、3b1とケーシング内部空間5’との連通が阻止されている。
流路切換弁1が第1流路切換状態に在る時は、弁体内部流路3a1をヒートポンプ回路の高圧冷媒が流れ、弁体内部流路3b1をヒートポンプ回路の低圧冷媒が流れる。ヒートポンプ回路を備える空気調和装置は暖房モードになっている。
次いでステッピングモータは軸部材4を逆方向へ微小角度回転させて、軸部材4を遊び領域内の中心位置まで戻す。円板部4cの下面外周縁部に形成された4個の円錐体状突起4c1が弁体3の上端壁に形成された4個の貫通孔3a2、3a2、3b2、3b2に上方から嵌合して貫通孔3a2、3a2、3b2、3b2を閉鎖し、弁体内部流路3a1、3b1とケーシング内部空間5’との連通を遮断する。
流路切換弁1が第2流路切換状態に在る時は、弁体内部流路3a1をヒートポンプ回路の低圧冷媒が流れ、弁体内部流路3b1をヒートポンプ回路の高圧冷媒が流れる。ヒートポンプ回路を備える空気調和装置は冷房モードになっている。
流路切換弁1は四方弁に限定されない。カップ形状体3bを内部流路を持たない中実体とし弁孔2b2と管路2a2’とを塞げば流路切換弁1は、三方弁になり、更に弁孔2b3と管路2a3’とを塞げば流路切換弁1は二方弁になる。流路切換弁1が三方弁或いは二方弁の場合には、弁体回転駆動時に弁体内圧と弁体背圧とがバランスする。
円錐体状突起4c1に代えて半球体状突起を使用しても良い。
4個の円錐体状突起4c1が弁体3の上端壁に形成された4個の貫通孔3a2、3a2、3b2、3b2に上方から嵌合する時の軸部材4の回転位置、即ち軸部材4の遊び領域内での基準回転位置は、遊び領域内の中心位置に限定されない。中心近傍でも良い。
軸部材4とギャボックスとの係合部の回り止め機構はセレーション結合に限定されない。他の任意の機構で良い。
貫通孔3cの上端部に形成した凹部3c’の形状は扇形に限定されない。例えば図6(b)に破線で示すように長方形でも良い。軸部材4が遊び領域をこえて回転した時に係合できる側壁を有する形状であれば良い。
流路切換弁1の用途は、ヒートポンプ回路の高圧冷媒と低圧冷媒の切換に限定されない。冷却水回路や循環水回路の水路切換、温水や冷水を用いる冷暖房装置や風呂や給湯装置の水回路の水路切換等にも利用可能である。
流路切換弁1においては流路切換状態は二つであったが、本願発明は流路切換状態が三つ以上の場合にも適用できる。流路切換状態が三つの場合、第1流路切換状態から第2流路切換状態を経て第3流路切換状態へ向けて軸部材を回転させ、或いは第1流路切換状態から直接第3流路切換状態へ向けて軸部材を回転させる。第3流路切換状態を実現した後、軸部材を逆方向へ微小角度回転させて軸部材の回転位置を遊び領域内の中心位置まで戻し、連通孔閉鎖用突起を連通孔に嵌合させて連通孔を閉鎖し、弁体内部流路を流れる流体のケーシング内部空間への流出を阻止する。流路切換状態が4つ以上の場合も同様の操作で流路切換を行う。
2 弁座
3 弁体
3a1、3b1 弁体内部流路
3a2、3b2 貫通孔
3c 上下貫通孔
3c’凹部
4 軸部材
4b 直方体部
4c1 円錐体状突起
5 ケーシング
5’ ケーシング内部空間
6、7 Oリング
8 コイルバネ
Claims (1)
- 複数の弁孔が形成された平坦な弁座と、弁座に摺接する内部に流路が形成された弁体と、弁体回転駆動用の軸部材と、弁座と弁体と軸部材とを外部環境に対して気密に収容するケーシングとを備え、軸部材の往復回転に連動して弁体が所定角度で往復回転摺動し二つ以上の流路切換状態を実現する流路切換弁であって、弁体内部流路とケーシング内部空間との間の連通孔が弁体に形成されており、軸部材は弁体の回転中心部に挿通され、軸部材は弾性体の第1腕部と第1腕部に固定された連通孔閉鎖用突起と軸部材を横断して放射状に延びる第2腕部とを有し、軸部材と弁体とは軸部材の回転方向に係合離脱可能であり、弁体の回転中心部を横断して放射状に弁体に形成された凹部と軸部材の第2腕部とが形成する軸部材と弁体の係合部には軸部材の回転方向に所定角度に亘る遊び領域が形成されており、軸部材が遊び領域内で回転する時は軸部材は弁体と係合せず軸部材の回転は弁体に伝達されず、軸部材が遊び領域を越えて回転すると軸部材の第2腕部の長手方向一端部が弁体凹部の長手方向一端部側面に係合し第2腕部の長手方向他端部が弁体凹部の長手方向他端部側面に係合して軸部材が弁体に係合し、軸部材の回転が弁体に伝達され、軸部材が遊び領域内の基準回転位置に在る時に連通孔閉鎖用突起が連通孔に嵌合して連通孔を閉鎖することを特徴とする流路切換弁。
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- 2016-09-15 JP JP2016180106A patent/JP6815061B2/ja active Active
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