JP7127850B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、スライド式の流路切換弁に関する。

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において、冷暖房運転の切り換えに応じて冷媒の流れ方向を切り換える流路切換弁が用いられる。

従来の流路切換弁が特許文献１に開示されている。図８に示すように、流路切換弁９０１は、六方切換弁であって、筒状の弁ハウジング９１０と、弁ハウジング９１０内にブラケット９５３に押されることで軸線Ｌ方向にスライド可能に配置された弁体９１８と、を有している。弁ハウジング９１０内には、軸線Ｌと直交する方向に対向して配置された第１弁座９１３と第２弁座９１５とが設けられている。第１弁座９１３には、３つのポートｐＢ、ｐＡ、ｐＦが軸線Ｌ方向に順に並んで設けられている。第２弁座９１５には、３つのポートｐＢ、ｐＡ、ｐＦと対向するように別の３つのポートｐＣ、ｐＤ、ｐＥが軸線Ｌ方向に順に並んで設けられている。

弁体９１８には、３つのポートのうちの２つのポート（ポートｐＡとポートｐＢ、または、ポートｐＡとポートｐＦ）を連通させる第１Ｕターン通路９２８と、別の３つのポートのうちの２つのポート（ポートｐＣとポートｐＤ、または、ポートｐＥとポートｐＤ）を連通させる第２Ｕターン通路９２９と、が設けられている。また、弁体９１８には、ポートｐＣとポートｐＢとを連通させる第１ストレート通路９３６と、ポートｐＥとポートｐＦとを連通させる第２ストレート通路９４６と、が設けられている。

特開２０１８－４４６６６号公報

上述した流路切換弁９０１は、例えば、ヒートポンプ式冷暖房システムの圧縮機の吐出部がポートｐＡに接続され、ポートｐＡを通じて第１Ｕターン通路９２８に高圧冷媒が流れる。高圧冷媒は圧縮機の動作により圧力変動（脈動）が発生することがある。そのため、高圧冷媒の脈動にあわせて弁体９１８が間欠的に第１弁座９１３から浮き上がってしまう現象（「チャタリング」ともいう）が生じて、弁漏れが発生するおそれがある。第２Ｕターン通路９２９に高圧冷媒が流れる場合も同様である。

そこで、本発明は、弁漏れを効果的に抑制できる流路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に、本発明の一態様に係る流路切換弁は、弁室が設けられた筒状の弁ハウジングと、前記弁室に配置された第１弁座と、前記弁室に前記第１弁座と対向して配置された第２弁座と、前記第１弁座と前記第２弁座との間に軸線方向にスライド可能に配置されたＵターン弁体と、を有する流路切換弁であって、前記Ｕターン弁体は、前記第１弁座側に配置された第１弁体部と、前記第２弁座側に配置された筒状の第２弁体部と、を有し、前記第１弁体部は、前記第１弁座側の端面に開口が設けられ、前記第１弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第１Ｕターン通路と、前記第２弁座側に設けられ、前記第２弁体部における前記第１弁座側の端部がはめられる環状壁部と、を有し、前記第１弁体部における前記第２弁座側の端面と前記第２弁体部の内周面とにより、前記第２弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第２Ｕターン通路が形成され、前記環状壁部の内周面と前記第２弁体部における前記第１弁座側の端部の外周面との間に環状の封止部材が配置されており、前記封止部材の内側形状について前記第１弁座と前記第２弁座との対向方向に投影した投影面積をＳａ、前記第２弁体部における前記第２弁座側の開口面積をＳｂ、としたとき、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
Ｓｂ＞Ｓａ ・・・ （１）

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る流路切換弁は、弁室が設けられた筒状の弁ハウジングと、前記弁室に配置された第１弁座と、前記弁室に前記第１弁座と対向して配置された第２弁座と、前記第１弁座と前記第２弁座との間に軸線方向にスライド可能に配置されたＵターン弁体と、を有する流路切換弁であって、前記Ｕターン弁体は、前記第１弁座側に配置された第１弁体部と、前記第２弁座側に配置された筒状の第２弁体部と、を有し、前記第１弁体部は、前記第１弁座側の端面に開口が設けられ、前記第１弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第１Ｕターン通路を有し、前記第１弁体部における前記第２弁座側の端部が前記第２弁体部の内側にはめられており、前記第１弁体部における前記第２弁座側の端面と前記第２弁体部の内周面とにより、前記第２弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第２Ｕターン通路が形成され、前記第１弁体部における前記第２弁座側の端部の外周面と前記第２弁体部の内周面との間に環状の封止部材が配置されており、前記封止部材の内側形状について前記第１弁座と前記第２弁座との対向方向に投影した投影面積をＳａ、前記第２弁体部における前記第２弁座側の開口面積をＳｂ、としたとき、以下の式（１）を満足することを特徴とする。
Ｓｂ＞Ｓａ ・・・ （１）

本発明によれば、第１弁体部における第２弁座側の端面と第２弁体部の内周面とにより、第２弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第２Ｕターン通路が形成されている。このようにしたことから、第２Ｕターン通路を流れる流体の圧力に含まれる第２弁座側から第１弁座側に向かう圧力成分を上記端面で受けることができる。そのため、第２Ｕターン通路に脈動を含む高圧流体が流れても、第２弁体部と第２弁座との間に隙間が生じることを抑制して、弁漏れを効果的に抑制できる。

また、開口面積Ｓｂを投影面積Ｓａより大きくすることで、弁室に高圧流体（圧力ＰＨ）が流れかつ第２Ｕターン通路に低圧流体（圧力ＰＬ（ＰＨ＞ＰＬ））が流れる場合に、投影面積Ｓａと開口面積Ｓｂとの差分面積（Ｓｂ－Ｓａ）に対して、弁室を流れる高圧流体と第２Ｕターン通路を流れる低圧流体との差圧（ＰＨ－ＰＬ）が、第２弁体部を第２弁座に押し付ける圧力として作用する（（ＰＨ－ＰＬ）×（Ｓｂ－Ｓａ）＞０）。そのため、第２弁体部と第２弁座との間に隙間が生じることを抑制して、弁漏れを効果的に抑制できる。

本発明において、前記第１弁体部における前記第１弁座側の開口面積をＳｃ、前記弁室の流体の圧力をＰＨ、前記第１Ｕターン通路の流体の圧力をＰＭ、前記第２Ｕターン通路の流体の圧力をＰＬ、としたとき、以下の式（２）、（３）を満足することが好ましい。
ＰＨ＞ＰＭ≧ＰＬ ・・・ （２）
（ＰＨ－ＰＭ）×（Ｓｃ－Ｓａ）－（ＰＭ－ＰＬ）×Ｓａ＞０ ・・・ （３）

このようにすることで、弁室に高圧流体（圧力ＰＨ）が流れかつ第１Ｕターン通路に中圧流体（圧力ＰＭ）が流れかつ第２Ｕターン通路に低圧流体（圧力ＰＬ）が流れる場合、
（ｉ）投影面積Ｓａと開口面積Ｓｃとの差分面積（Ｓｃ－Ｓａ）に対して、弁室を流れる高圧流体と第１Ｕターン通路を流れる中圧流体との差圧（ＰＨ－ＰＭ）が、第１弁体部を第１弁座に押し付ける圧力として作用し（式（３）の左辺第１項）、
（ｉｉ）投影面積Ｓａに対して、第１Ｕターン通路を流れる中圧流体と第２Ｕターン通路を流れる低圧流体との差圧（ＰＭ－ＰＬ）が、第１弁体部を第１弁座から離そうとする圧力として作用する（式（３）の左辺第２項）。
そのため、上記（ｉ）が上記（ｉｉ）より大きくなるようにすることで、流体圧力により第１弁体部を第１弁座に押し付けることができる。これにより、第１弁体部と第１弁座との間に隙間が生じることを抑制して、弁漏れを効果的に抑制できる。

本発明において、前記第１弁座と前記第２弁座との間に軸線方向にスライド可能に配置されたストレート弁体をさらに有し、前記ストレート弁体は、前記Ｕターン弁体とともにスライドされるように構成されており、前記第１弁座に設けられた複数のポートのうちの１つのポートと前記第２弁座に設けられた複数のポートのうちの１つのポートとを連通させるストレート通路を有していることが好ましい。このようにすることで、ストレート通路によって連通されるポート間でスムーズに流体を流動させることができる。

本発明において、前記第１弁体部と前記第２弁体部との間に圧縮コイルばねが配置されていることが好ましい。このようにすることで、第１弁体部を第１弁座により確実に押し付け、第２弁体部を第２弁座により確実に押し付けることができ、弁漏れをより効果的に抑制できる。

本発明によれば、弁漏れを効果的に抑制できる。

本発明の一実施例に係る流路切換弁の断面図である。 図１の流路切換弁の他の状態を示す断面図である 図１の流路切換弁における弁体およびその近傍の拡大断面図である。 図１の流路切換弁の他の状態における弁体およびその近傍の拡大断面図である。 図１の流路切換弁の変形例の構成を示す図である。 図１の流路切換弁が有するＵターン弁体を示す図である。 図６のＵターン弁体の変形例の構成を示す図である。 従来の流路切換弁の断面図である。

以下、本発明の一実施例に係る流路切換弁について、図１～図６を参照して説明する。

本実施例の流路切換弁は、六方切換弁であって、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において、冷暖房運転の切り換えに応じて流体としての冷媒の流れ方向を切り換えるために用いられる。

図１、図２は、本発明の一実施例に係る流路切換弁の断面図である。図３、図４は、図１の流路切換弁における弁体ユニットおよびその近傍の拡大断面図である。図１、図３は、弁体ユニットが第１の停止位置（例えば、冷房運転時の停止位置）にある状態を示す。図２、図４は、弁体ユニットが第２の停止位置（例えば、暖房運転時の停止位置）にある状態を示す。図５は、図１の流路切換弁の変形例の構成を示す図であり、弁体ユニットおよびその近傍の拡大断面図である。図６は、図１の流路切換弁が有するＵターン弁体を示す図である。図６（ａ）は正面図であり、図６（ｂ）は断面図であり、図６（ｃ）はＵターン弁体を第２弁座側から見た図である。図１～図５において、太線の矢印は冷媒の流れの例を模式的に示している。

図１～図３に示すように、本実施例の流路切換弁１は、弁ハウジング１０と、弁体ユニット１８と、ピストン部５０と、パイロット部６０と、を有している。

弁ハウジング１０は、円筒状に形成されている。弁ハウジング１０の軸は軸線Ｌに一致する。弁ハウジング１０の一端部（図１、図２において右端部）には蓋部材１１が固着され、他端部（図１、図２において左端部）には蓋部材１２が固着されている。弁ハウジング１０の内部には、第１弁座１３と第２弁座１５とが配置されている。

第１弁座１３は、弁ハウジング１０の内周面に固着されている。第１弁座１３は、第１弁座面１４を有している。第１弁座面１４には、図１、図２において右側から左側に向かって軸線Ｌ方向に順に並ぶ円形のポートｐＢ、ｐＡ、ｐＦが設けられている。ポートｐＢ、ｐＡ、ｐＦには、それぞれ弁ハウジング１０を貫通する円管状の管継手Ｂ、Ａ、Ｆが接続されている。

第２弁座１５は、弁ハウジング１０の内周面に固着されている。第１弁座１３と第２弁座１５とは、軸線Ｌと直交する方向に対向している。第１弁座１３と第２弁座１５との対向方向を、単に「対向方向」という。第２弁座１５は、第２弁座面１６を有している。第２弁座面１６には、図１、図２において右側から左側に向かって軸線Ｌ方向に順に並ぶ円形のポートｐＣ、ｐＤ、ｐＥが設けられている。ポートｐＥの面取部（環状のテーパ面）は、他のポートｐＣ、ｐＤの面取部に比べて外径が大きい。ポートｐＣ、ｐＤ、ｐＥは、第１弁座１３のポートｐＢ、ｐＡ、ｐＦと対向している。ポートｐＣ、ｐＤ、ｐＥには、それぞれ弁ハウジング１０を貫通する円管状の管継手Ｃ、Ｄ、Ｅが接続されている。

本実施例において、ポートｐＥに接続される管継手Ｅは、ヒートポンプ式冷暖房システムの圧縮機の吐出部に接続されており、高圧冷媒が流れる。ポートｐＣに接続される管継手Ｃは、圧縮機の吸込部に接続されており、低圧冷媒が流れる。

弁体ユニット１８は、それぞれ別体のＵターン弁体２０と、ストレート弁体３０とを有している。

Ｕターン弁体２０と、ストレート弁体３０とは、第１弁座１３と第２弁座１５との間に軸線Ｌ方向にスライド可能に配置されている。Ｕターン弁体２０と、ストレート弁体３０とは、後述するピストン部５０のブラケット５３によって一体的に保持されている。

Ｕターン弁体２０は、図６に示すように、第１弁体部２１と、第２弁体部２２と、封止部材２３と、側板２６、２６と、を有している。

第１弁体部２１は、例えば、合成樹脂製であり、略直方体状に形成されている。第１弁体部２１は、第１弁座１３側に配置されている。第１弁体部２１における第１弁座１３側の端面２１ａは、第１弁座面１４に接しており、当該端面２１ａには略半楕円球状（または長円球を半分にした形状）の凹部である第１Ｕターン通路２８が設けられている。第１Ｕターン通路２８は端面２１ａに開口が設けられている。第１弁体部２１における第２弁座１５側の端面２１ｂには、当該端面２１ｂの周縁に沿う環状壁部２１ｃが設けられている。環状壁部２１ｃは、端面２１ｂから第２弁座１５側に突出している。

第２弁体部２２は、例えば、合成樹脂製であり、略四角筒状に形成されている。第２弁体部２２は、第２弁座１５側に配置されている。第２弁体部２２は、第２弁座１５側から第１弁座１３側に向かうにしたがって階段状に外形の寸法が小さくなっている。第２弁体部２２における第２弁座１５側の端面２２ａは、第２弁座面１６に接している。この端面２２ａの蓋部材１２側の端部には、均圧路としての均圧溝２２ｂが設けられている。本実施例では、弁体ユニット１８が第１の停止位置にあるときのみ均圧溝２２ｂとポートｐＥの面取部との間を通じてポートｐＥと後述する弁室５９とが連通される。第２弁体部２２における第１弁座１３側の端部２２ｃは、第１弁体部２１の環状壁部２１ｃの内側にはめ込まれている。端部２２ｃが環状壁部２１ｃの内側にはめ込まれることで、第１弁体部２１における第２弁座１５側の端面２１ｂと第２弁体部２２の内周面２２ｅとによって、第２Ｕターン通路２９が形成されている。

封止部材２３は、例えば、弾性部材からなるＯリングである。封止部材２３は、第１弁体部２１の環状壁部２１ｃの内周面２１ｄと第２弁体部２２における第１弁座１３側の端部２２ｃの外周面２２ｄとの間に挟まれて配置されている。Ｕターン弁体２０は、封止部材２３の内側形状について上記対向方向に投影した投影面積Ｓａが、第２弁体部２２における第２弁座１５側の開口面積Ｓｂ（第２Ｕターン通路２９の開口面積）より小さくなる（Ｓｂ＞Ｓａ）ように構成されている。また、本実施例では、第２弁体部２２における第２弁座１５側の開口面積Ｓｂと、第１弁体部２１における第１弁座１３側の端面の開口面積Ｓｃ（第１Ｕターン通路２８の開口面積）と、が等しい。封止部材２３は、弁室５９に高圧冷媒が導入されている状態において、第１弁体部２１と実質的に一体となって高圧冷媒の圧力を受ける。

第２弁体部２２における第２弁座１５側の開口の内側には、第２弁座面１６と隙間をあけて対向する環状の段部２２ｇが設けられている。段部２２ｇの外形を調整することにより、開口面積Ｓｂの大きさを調整することができる。同様に、第１弁体部２１における第１弁座１３側の開口の内側には、第１弁座面１４と隙間をあけて対向する環状の段部２１ｇが設けられている。段部２１ｇの外形を調整することにより、開口面積Ｓｃの大きさを調整することができる。

側板２６、２６は、金属製であり、平板状に形成されている。側板２６、２６は、第１弁体部２１および第２弁体部２２を軸線Ｌ方向に挟むように配置されている。剛性の高い金属製の側板２６、２６を配置することで、ブラケット５３が側板２６、２６を介して第１弁体部２１における第１弁座１３寄りの部分を押すことができる。そのため、第１弁体部２１における第１弁座１３から離れた部分を押す構成に比べて、第１弁体部２１がスライド時に第１弁座面１４から浮き上がってしまうことをより効果的に抑制でき、耐久性を高めることができる。同様に、ブラケット５３が側板２６、２６を介して第２弁体部２２における第２弁座１５寄りの部分を押すことができる。そのため、第２弁体部２２における第２弁座１５から離れた部分を押す構成に比べて、第２弁体部２２がスライド時に第２弁座面１６から浮き上がってしまうことをより効果的に抑制でき、耐久性を高めることができる。また、スティックスリップを原因とする異音の発生を抑制できる。

また、Ｕターン弁体２０は、第１弁体部２１と第２弁体部２２との間に複数の圧縮コイルばねからなるばね部材２７が配置されている。複数のばね部材２７によって第１弁体部２１と第２弁体部２２とに対して上記対向方向に引き離す力が加わり、第１弁体部２１が第１弁座面１４に押し付けられ、第２弁体部２２が第２弁座面１６に押し付けられる。

Ｕターン弁体２０は、封止部材２３の内側形状について上記対向方向に投影した投影面積をＳａ、第２弁体部２２における第２弁座１５側の開口面積をＳｂ、としたとき、以下の式（１）を満足するように構成されている。
Ｓｂ＞Ｓａ ・・・ （１）

このようにすることで、第２の停止位置にある状態において、弁室５９に高圧冷媒（圧力ＰＨ）が流れかつ第２Ｕターン通路２９に低圧冷媒（圧力ＰＬ（ＰＨ＞ＰＬ））が流れる場合に、投影面積Ｓａと開口面積Ｓｂとの差分面積（Ｓｂ－Ｓａ）に対して、弁室５９を流れる高圧冷媒と第２Ｕターン通路２９を流れる低圧冷媒との差圧（ＰＨ－ＰＬ）が、第２弁体部２２を第２弁座１５に押し付ける圧力として作用する（（ＰＨ－ＰＬ）×（Ｓｂ－Ｓａ）＞０）。そのため、第２弁体部２２と第２弁座１５との間に隙間が生じることを抑制して、弁漏れを効果的に抑制できる。

また、Ｕターン弁体２０は、第１弁体部２１における第１弁座１３側の開口面積（すなわち第１Ｕターン通路２８の開口面積）をＳｃ、弁室５９の高圧冷媒の圧力をＰＨ、第１Ｕターン通路２８の中圧冷媒の圧力をＰＭ、第２Ｕターン通路２９の低圧冷媒の圧力をＰＬ、としたとき、以下の式（２）、（３）を満足するように構成されている。
ＰＨ＞ＰＭ≧ＰＬ ・・・ （２）
（ＰＨ－ＰＭ）×（Ｓｃ－Ｓａ）－（ＰＭ－ＰＬ）×Ｓａ＞０ ・・・ （３）

このようにすることで、第２の停止位置にある状態において、弁室５９に高圧冷媒（圧力ＰＨ）が流れかつ第１Ｕターン通路２８に中圧冷媒（圧力ＰＭ）が流れかつ第２Ｕターン通路２９に低圧冷媒（圧力ＰＬ）が流れる場合、
（ｉ）投影面積Ｓａと開口面積Ｓｃとの差分面積（Ｓｃ－Ｓａ）に対して、弁室５９を流れる高圧冷媒と第１Ｕターン通路２８を流れる中圧冷媒との差圧（ＰＨ－ＰＭ）が、第１弁体部２１を第１弁座１３に押し付ける圧力として作用し（式（３）の左辺第１項）、
（ｉｉ）投影面積Ｓａに対して、第１Ｕターン通路２８を流れる中圧冷媒と第２Ｕターン通路２９を流れる低圧冷媒との差圧（ＰＭ－ＰＬ）が、第１弁体部２１を第１弁座１３から離そうとする圧力として作用する（式（３）の左辺第２項）。
そのため、上記（ｉ）が上記（ｉｉ）より大きくなるようにすることで、冷媒圧力により第１弁体部２１を第１弁座１３に押し付けることができる。これにより、第１弁体部２１と第１弁座１３との間に隙間が生じることを抑制して、弁漏れを効果的に抑制できる。

なお、本実施例では、中圧冷媒の圧力ＰＭと低圧冷媒の圧力ＰＬとがほぼ等しく、上記（ｉｉ）がほぼ０になる。そのため、上記式（３）は、以下の式（３’）に置き換えることができる。
（ＰＨ－ＰＭ）×（Ｓｃ－Ｓａ）＞０ ・・・ （３’）

ストレート弁体３０は、円筒状の外筒部材３１と、円筒状の第１部材３２と、円筒状の第２部材３３と、Ｏリング３４、３４と、ばね部材３５と、を有している。外筒部材３１における第１弁座１３側の端部には第１部材３２が挿入されている。外筒部材３１における第２弁座１５側の端部には第２部材３３が挿入されている。外筒部材３１と第１部材３２との間、および、外筒部材３１と第２部材３３との間がＯリング３４、３４によって封止されている。外筒部材３１と第１部材３２と第２部材３３とは、ストレート通路３６を構成している。第１部材３２と第２部材３３との間には圧縮コイルばねからなるばね部材３５が配置されている。ばね部材３５により、第１部材３２が第１弁座面１４に押し付けられ、第２部材３３が第２弁座面１６に押し付けられている。

本実施例において、外筒部材３１は、金属製であり、第１部材３２と第２部材３３とは、合成樹脂製である。外筒部材３１を剛性の高い金属製とすることで、ブラケット５３が外筒部材３１を介して第１部材３２における第１弁座１３寄りの部分を押すことができる。そのため、第１部材３２における第１弁座１３から離れた部分を押す構成に比べて、第１部材３２がスライド時に第１弁座面１４から浮き上がってしまうことをより効果的に抑制でき、耐久性を高めることができる。同様に、ブラケット５３が外筒部材３１を介して第２部材３３における第２弁座１５寄りの部分を押すことができる。そのため、第２部材３３における第２弁座１５から離れた部分を押す構成に比べて、第２部材３３がスライド時に第２弁座面１６から浮き上がってしまうことをより効果的に抑制でき、耐久性を高めることができる。また、スティックスリップを原因とする異音の発生を抑制できる。

弁体ユニット１８は、第１弁座面１４上および第２弁座面１６上で軸線Ｌ方向に沿って弁ハウジング１０の他端部側にスライドされると第１の停止位置に位置づけられ、弁ハウジング１０の一端部側にスライドされると第２の停止位置に位置づけられる。

弁体ユニット１８が第１の停止位置にあるとき、第１Ｕターン通路２８は、第１弁座１３に設けられた複数のポートｐＢ、ｐＡ、ｐＦのうちのポートｐＡとポートｐＦとを連通させる。第２Ｕターン通路２９は、第２弁座１５に設けられた複数のポートｐＣ、ｐＤ、ｐＥのうちのポートｐＥとポートｐＤとを連通させる。ストレート通路３６は、第１弁座１３に設けられたポートｐＢと第２弁座１５に設けられたポートｐＣとを連通させる。均圧溝２２ｂは、ポートｐＥと弁室５９とを連通させる。

弁体ユニット１８が第２の停止位置にあるとき、第１Ｕターン通路２８は、第１弁座１３に設けられた複数のポートｐＢ、ｐＡ、ｐＦのうちのポートｐＢとポートｐＡとを連通させる。第２Ｕターン通路２９は、第２弁座１５に設けられた複数のポートｐＣ、ｐＤ、ｐＥのうちのポートｐＤとポートｐＣとを連通させる。弁室５９は、第１弁座１３に設けられたポートｐＦと第２弁座１５に設けられたポートｐＥとを連通させる。

ピストン部５０は、第１ピストン５１と、第２ピストン５２と、ブラケット５３と、を有している。

第１ピストン５１は、弁ハウジング１０の一端部に設けられた蓋部材１１と第１弁座１３および第２弁座１５との間に配置されている。第１ピストン５１と蓋部材１１との間に第１作動室５７が形成される。第２ピストン５２は、弁ハウジング１０の他端部に設けられた蓋部材１２と第１弁座１３および第２弁座１５との間に配置される。第２ピストン５２と蓋部材１２との間に第２作動室５８が形成される。第１ピストン５１と第２ピストン５２との間に弁室５９が形成される。弁室５９には、第１弁座１３と、第２弁座１５と、弁体ユニット１８とが配置されている。

金属製のブラケット５３は、長方形板状に形成されたブラケット本体５４と、ブラケット本体５４の両端に設けられたピストン取付片５５、５６と、を一体に有している。ブラケット本体５４は、Ｕターン弁体２０が挿入される略長方形状のＵターン弁体保持孔５４ａと、ストレート弁体３０が挿入される円形状のストレート弁体保持孔５４ｂと、冷媒通過孔５４ｃと、が設けられている。冷媒通過孔５４ｃは、弁体ユニット１８が第２の停止位置にある状態において、ポートｐＦとポートｐＥとの間に配置される。ピストン取付片５５には、第１ピストン５１が取り付けられる。ピストン取付片５６には、第２ピストン５２が取り付けられる。ブラケット５３は、第１ピストン５１と第２ピストン５２とを連結する。

パイロット部６０は、例えば、ソレノイド式の流路切換弁で構成されている。パイロット部６０は、細管７１～７４の接続を切り換えることにより、第１作動室５７および第２作動室５８と、管継手Ｃおよび管継手Ｅとの接続を切り換えて、第１作動室５７および第２作動室５８内の冷媒圧力を制御する。これにより、第１作動室５７および第２作動室５８内の冷媒圧力の差によってピストン部５０を弁ハウジング１０の一端部側または他端部側へ移動させる。ピストン部５０の移動に伴って、ブラケット５３に保持された弁体ユニット１８が軸線Ｌ方向にスライドされ、図１、図３に示す第１の停止位置または図２、図４に示す第２の停止位置に位置づけられる。

次に、上述した流路切換弁１の動作の一例について説明する。

冷房運転時に、流路切換弁１は、パイロット部６０により細管７１と細管７２とを接続し、細管７３と細管７４とを接続する。これにより、管継手Ｃと第２作動室５８とが接続されかつ管継手Ｅと第１作動室５７とが接続されて、第１作動室５７の冷媒圧力が高くなり、第２作動室５８の冷媒圧力が低くなる。冷媒圧力の差によってピストン部５０が弁ハウジング１０の他端部側に移動して、図１、図３に示すように、弁体ユニット１８が第１の停止位置に位置づけられる。

第１の停止位置において、第１Ｕターン通路２８はポートｐＡとポートｐＦとを連通させ、第１Ｕターン通路２８には中圧冷媒（圧力ＰＭ）が流れる。第２Ｕターン通路２９はポートｐＥとポートｐＤとを連通させ、第２Ｕターン通路２９には高圧冷媒（圧力ＰＨ）が流れる。ストレート通路３６は、ポートｐＢとポートｐＣとを連通させ、ストレート通路３６には低圧冷媒（圧力ＰＬ）が流れる。均圧溝２２ｂはポートｐＥと弁室５９とを連通させ、弁室５９には高圧冷媒（圧力ＰＨ）が導入される。このとき、Ｕターン弁体２０において、第２Ｕターン通路２９を流れる高圧冷媒から受ける圧力と第１Ｕターン通路２８を流れる中圧冷媒との差圧によって第１弁体部２１が第１弁座面１４に押し付けられる。第２弁体部２２が筒状であることから、第２Ｕターン通路２９を流れる冷媒の圧力に含まれる第２弁座１５側から第１弁座１３側に向かう圧力成分を第１弁体部２１の端面２１ｂで受けることができる。そのため、高圧冷媒の脈動についても、第１弁体部２１の端面２１ｂによって受け止めることができる。また、複数のばね部材２７によって、第１弁体部２１が第１弁座面１４に押し付けられ、第２弁体部２２が第２弁座面１６に押し付けられる。

また、暖房運転時に、流路切換弁１は、パイロット部６０により細管７１と細管７４とを接続し、細管７２と細管７３とを接続する。これにより、管継手Ｃと第１作動室５７とが接続されかつ管継手Ｅと第２作動室５８とが接続されて、第１作動室５７の冷媒圧力が低くなり、第２作動室５８の冷媒圧力が高くなる。冷媒圧力の差によってピストン部５０が弁ハウジング１０の一端部側に移動して、図２、図４に示すように、弁体ユニット１８が第２の停止位置に位置づけられる。

第２の停止位置において、第１Ｕターン通路２８はポートｐＢとポートｐＡとを連通させ、第１Ｕターン通路２８には中圧冷媒（圧力ＰＭ）が流れる。第２Ｕターン通路２９はポートｐＤとポートｐＣとを連通させ、第２Ｕターン通路２９には低圧冷媒（圧力ＰＬ）が流れる。弁室５９は、ポートｐＥとポートｐＦとを連通させ、弁室５９には高圧冷媒（圧力ＰＨ）が流れる。このとき、投影面積Ｓａと開口面積Ｓｂとの差分面積（Ｓｂ－Ｓａ）に対して、弁室５９を流れる高圧冷媒と第２Ｕターン通路２９を流れる低圧冷媒との差圧（ＰＨ－ＰＬ）が、第２弁体部２２を第２弁座１５に押し付ける圧力として作用する。これにより、第２弁体部２２が第２弁座１５に押し付けられる。また、本実施例において、中圧冷媒の圧力ＰＭと低圧冷媒の圧力ＰＬとがほぼ等しいので、投影面積Ｓａと開口面積Ｓｃとの差分面積（Ｓｃ－Ｓａ）に対して、弁室５９を流れる高圧冷媒と第１Ｕターン通路２８を流れる中圧冷媒との差圧（ＰＨ－ＰＭ）が、第１弁体部２１を第１弁座１３に押し付ける圧力として作用する（上記式（３’））。これにより、第１弁体部２１が第１弁座１３に押し付けられる。また、複数のばね部材２７によって、第１弁体部２１が第１弁座面１４に押し付けられ、第２弁体部２２が第２弁座面１６に押し付けられる。

なお、中圧冷媒の圧力ＰＭが低圧冷媒の圧力ＰＬより十分に大きい場合（ＰＭ＞ＰＬ）には、例えば、図５に示すように、第１弁体部２１における第１弁座１３側の開口面積Ｓｃをより大きく（Ｓｃ＞Ｓｂ）するなど、上記式（３）を満足するように投影面積Ｓａ、開口面積Ｓｂ、開口面積Ｓｃを調整することで、冷媒圧力によって第１弁体部２１を第１弁座１３に押し付けるようにすることができる。

このように、第１の停止位置および第２の停止位置のいずれにおいても、第１弁体部２１を第１弁座１３に押し付け、第２弁体部２２を第２弁座１５に押し付けることができる。

以上より、本発明の流路切換弁１によれば、第１弁体部２１における第２弁座１５側の端面２１ｂと第２弁体部２２の内周面２２ｅとにより、第２弁座１５のポートｐＥとポートｐＤとを連通させ、または、ポートｐＤとポートｐＣとを連通させる第２Ｕターン通路２９が形成されている。このようにしたことから、第２Ｕターン通路２９を流れる冷媒の圧力に含まれる第２弁座１５側から第１弁座１３側に向かう圧力成分を第１弁体部２１の端面２１ｂで受けることができる。そのため、第２Ｕターン通路２９に脈動を含む高圧冷媒が流れても、第２弁体部２２と第２弁座１５との間に隙間が生じることを抑制して、弁漏れを効果的に抑制できる。

また、開口面積Ｓｂを投影面積Ｓａより大きくすることで、弁室５９に高圧冷媒（圧力ＰＨ）が流れかつ第２Ｕターン通路２９に低圧冷媒（圧力ＰＬ（ＰＨ＞ＰＬ））が流れる場合に、投影面積Ｓａと開口面積Ｓｂとの差分面積（Ｓｂ－Ｓａ）に対して、弁室５９を流れる高圧冷媒と第２Ｕターン通路２９を流れる低圧冷媒との差圧（ＰＨ－ＰＬ）が、第２弁体部２２を第２弁座１５に押し付ける圧力として作用する（（ＰＨ－ＰＬ）×（Ｓｂ－Ｓａ）＞０）。そのため、第２弁体部２２と第２弁座１５との間に隙間が生じることを抑制して、弁漏れを効果的に抑制できる。

また、第１弁座１３と第２弁座１５との間に軸線Ｌ方向にスライド可能に配置されたストレート弁体３０を有している。ストレート弁体３０は、Ｕターン弁体２０とともにスライドされるように構成されている。そして、ストレート弁体３０は、第１弁座１３のポートｐＢと第２弁座１５のポートｐＣとを連通させるストレート通路３６を有している。このようにすることで、ストレート通路３６によってポートｐＢとポートｐＣとの間でスムーズに冷媒を流動させることができる。

また、第１弁体部２１と第２弁体部２２との間にばね部材２７が配置されている。このようにすることで、第１弁体部２１を第１弁座１３により確実に押し付け、第２弁体部２２を第２弁座１５により確実に押し付けることができ、弁漏れをより効果的に抑制できる。

上述した実施例は、Ｕターン弁体２０が、第１弁体部２１の環状壁部２１ｃの内側に第２弁体部２２における第１弁座１３側の端部２２ｃがはめられており、環状壁部２１ｃの内周面２１ｄと第２弁体部２２の端部２２ｃの外周面２２ｄとの間に環状の封止部材２３が配置された構成を有するものであったが、これに限定されるものではない。上述した流路切換弁１において、Ｕターン弁体２０に代えて、例えば、図７に示すＵターン弁体２０Ａを採用してもよい。図７は、図６のＵターン弁体の変形例を示す図である。図７（ａ）は正面図であり、図７（ｂ）は断面図であり、図７（ｃ）はＵターン弁体を第２弁座側から見た図である。

Ｕターン弁体２０Ａは、第１弁体部２１Ａにおける第２弁座１５側の端部２１ｅが第２弁体部２２Ａの内側にはめられている。第１弁体部２１Ａにおける第２弁座１５側の端面２１ｂと第２弁体部２２Ａの内周面２２ｅとにより、第２弁座１５に設けられた複数のポートｐＣ、ｐＤ、ｐＥのうちの２つのポートを連通させる第２Ｕターン通路２９が形成されている。第１弁体部２１Ａにおける第２弁座１５側の端部２１ｅの外周面２１ｆと第２弁体部２２Ａの内周面２２ｅとの間に環状の封止部材２３が配置されている。封止部材２３は、弁室５９に高圧冷媒が導入されている状態において、第２弁体部２２Ａと実質的に一体となって高圧冷媒の圧力を受ける。

Ｕターン弁体２０Ａは、封止部材２３の内側形状について上記対向方向に投影した投影面積をＳａ、第２弁体部２２Ａにおける第２弁座１５側の開口面積をＳｂ、としたとき、上記式（１）を満足するように構成されている。

このＵターン弁体２０Ａを有する流路切換弁においても、上述した実施例の流路切換弁１と同様の作用効果を奏する。

また、上述した実施例では、第２弁体部２２における第２弁座１５側の端面２２ａに均圧溝２２ｂを設けた構成であったが、これに限定されるものではない。第２弁座１５の第２弁座面１６に、ポートｐＥから第２弁座面１６における蓋部材１２側の端部まで延びる均圧路としての均圧溝が設けられていてもよい。この均圧溝は、弁体ユニット１８が第１の停止位置に位置づけられてポートｐＥがＵターン弁体２０によって覆われた際に、ポートｐＥと弁室５９とを連通させる。または、このような均圧溝に代えて、第２弁座１５を貫通してポートｐＥと弁室５９とを連通する均圧路としての貫通孔を設けてもよい。すなわち、第２弁座１５に設けられた複数のポートのうちの最も高圧の冷媒が流れるポートと弁室５９とを連通する均圧路が設けられていればよい。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…流路切換弁、１０…弁ハウジング、１１、１２…蓋部材、１３…第１弁座、１４…第１弁座面、１５…第２弁座、１６…第２弁座面、１８…弁体ユニット、２０…Ｕターン弁体、２１…第１弁体部、２１ａ…第１弁体部における第１弁座側の端面、２１ｂ…第１弁体部における第２弁座側の端面、２１ｃ…環状壁部、２１ｄ…環状壁部の内周面、２１ｇ…段部、２２…第２弁体部、２２ａ…第２弁体部における第２弁座側の端面、２２ｂ…均圧溝、２２ｃ…第２弁体部における第１弁座側の端部、２２ｄ…第２弁体部における第１弁座側の端部の外周面、２２ｇ…段部、２３…封止部材、２６…側板、２７…ばね部材、２８…第１Ｕターン通路、２９…第２Ｕターン通路、３０…ストレート弁体、３１…外筒部材、３２…第１部材、３３…第２部材、３４…Ｏリング、３５…ばね部材、５０…ピストン部、５１…第１ピストン、５２…第２ピストン、５３…ブラケット、５４…ブラケット本体、５４ａ…Ｕターン弁体保持孔、５４ｂ…ストレート弁体保持孔、５４ｃ…冷媒通過孔、５５、５６…ピストン取付片、５７…第１作動室、５８…第２作動室、５９…弁室、６０…パイロット部、７１、７２、７２、７４…細管、ｐＡ、ｐＢ、ｐＣ、ｐＤ、ｐＥ、ｐＦ…ポート、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ…管継手、Ｌ…軸線、Ｓａ…封止部材の内側形状の投影面積、Ｓｂ…第２弁部材の開口面積、Ｓｃ…第１弁部材の開口面積、ＰＨ…高圧冷媒の圧力、ＰＭ…中圧冷媒の圧力、ＰＬ…低圧冷媒の圧力

Claims (5)

1. 弁室が設けられた筒状の弁ハウジングと、前記弁室に配置された第１弁座と、前記弁室に前記第１弁座と対向して配置された第２弁座と、前記第１弁座と前記第２弁座との間に軸線方向にスライド可能に配置されたＵターン弁体と、を有する流路切換弁であって、
   前記Ｕターン弁体は、前記第１弁座側に配置された第１弁体部と、前記第２弁座側に配置された筒状の第２弁体部と、を有し、
   前記第１弁体部は、前記第１弁座側の端面に開口が設けられ、前記第１弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第１Ｕターン通路と、前記第２弁座側に設けられ、前記第２弁体部における前記第１弁座側の端部がはめられる環状壁部と、を有し、
   前記第１弁体部における前記第２弁座側の端面と前記第２弁体部の内周面とにより、前記第２弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第２Ｕターン通路が形成され、
   前記環状壁部の内周面と前記第２弁体部における前記第１弁座側の端部の外周面との間に環状の封止部材が配置されており、
   前記封止部材の内側形状について前記第１弁座と前記第２弁座との対向方向に投影した投影面積をＳａ、前記第２弁体部における前記第２弁座側の開口面積をＳｂ、としたとき、以下の式（１）を満足することを特徴とする流路切換弁。
   Ｓｂ＞Ｓａ ・・・ （１）
2. 弁室が設けられた筒状の弁ハウジングと、前記弁室に配置された第１弁座と、前記弁室に前記第１弁座と対向して配置された第２弁座と、前記第１弁座と前記第２弁座との間に軸線方向にスライド可能に配置されたＵターン弁体と、を有する流路切換弁であって、
   前記Ｕターン弁体は、前記第１弁座側に配置された第１弁体部と、前記第２弁座側に配置された筒状の第２弁体部と、を有し、
   前記第１弁体部は、前記第１弁座側の端面に開口が設けられ、前記第１弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第１Ｕターン通路を有し、
   前記第１弁体部における前記第２弁座側の端部が前記第２弁体部の内側にはめられており、前記第１弁体部における前記第２弁座側の端面と前記第２弁体部の内周面とにより、前記第２弁座に設けられた複数のポートのうちの２つのポートを連通させる第２Ｕターン通路が形成され、
   前記第１弁体部における前記第２弁座側の端部の外周面と前記第２弁体部の内周面との間に環状の封止部材が配置されており、
   前記封止部材の内側形状について前記第１弁座と前記第２弁座との対向方向に投影した投影面積をＳａ、前記第２弁体部における前記第２弁座側の開口面積をＳｂ、としたとき、以下の式（１）を満足することを特徴とする流路切換弁。
   Ｓｂ＞Ｓａ ・・・ （１）
3. 前記第１弁体部における前記第１弁座側の開口面積をＳｃ、前記弁室の流体の圧力をＰＨ、前記第１Ｕターン通路の流体の圧力をＰＭ、前記第２Ｕターン通路の流体の圧力をＰＬ、としたとき、以下の式（２）、（３）を満足する、請求項１または請求項２に記載の流路切換弁。
   ＰＨ＞ＰＭ≧ＰＬ ・・・ （２）
   （ＰＨ－ＰＭ）×（Ｓｃ－Ｓａ）－（ＰＭ－ＰＬ）×Ｓａ＞０ ・・・ （３）
4. 前記第１弁座と前記第２弁座との間に軸線方向にスライド可能に配置されたストレート弁体をさらに有し、
   前記ストレート弁体は、前記Ｕターン弁体とともにスライドされるように構成されており、前記第１弁座に設けられた複数のポートのうちの１つのポートと前記第２弁座に設けられた複数のポートのうちの１つのポートとを連通させるストレート通路を有している、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の流路切換弁。
5. 前記第１弁体部と前記第２弁体部との間に圧縮コイルばねが配置されている、請求項１～請求項４のいずれか一項に記載の流路切換弁。

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