JPH08285113A - 四方弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、従来、弁本体のケースの外部に配
置されていた磁極板を、弁本体のケースの内面と永久磁
石の弁体との間に気密的に配置し、磁極板と弁体とのア
マチュアギャップを小さくする四方弁の提供を目的とす
る。 【構成】 本発明は、ストッパー２４と導入管２０と導
出管２１と通孔管２２と通孔管２３とを備える金属円板
状の弁座１７と、非磁性体からなるキャップ４に固定さ
れた中心軸１８により回動するプラスチックマグネット
製の弁体１９と、前記弁座１７の外周上部に設けられた
非磁性体のケース１２とからなる弁本体２と、電磁石９
とにより構成される四方弁において、前記電磁石９の磁
極板５，６の一端縁外方をコイル３３の外周部より延長
させると共にその延長部４３、４４を円弧状に形成し、
この円弧状の延長部４３、４４を前記弁体１９の外周と
円筒状ケース１２の内周の間に、前記キャップ４を気密
状に配置したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ヒートポンプ式冷媒
回路の空調機（エアコン）における冷暖房の切換えに用
いる四方弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は、実開平３−１１４６８１号公報
に開示された従来の四方弁の構造を示し、この四方弁
は、円筒状の弁本体１１とその上部に配置された電磁石
３１からなり、該弁本体１１は、４つの開口１３、１
４、１５、１６（図５−Ｂ参照）を同心円上に設けられ
た金属円板状の弁座１７と、該弁座１７の上面に、前記
４つの開口の少なくとも２つの開口を気密的に連通させ
残りの開口を開放状態とする１組（Ｎ極、Ｓ極）の磁極
を備えたプラスチックマグネット製の弁体１９と、後述
するキャップ４下面の中心部に固着され、前記弁体１９
を回動可能に支持する中心軸１８と、前記弁座１７の外
周上部に設けられた円筒状の非磁性体からなるケース１
２（肉厚：約１ｍｍ）と、該ケース１２の上部開口に気
密的に設けられた非磁性体からなるキャップ４とで構成
されている。また、前記キャップ４と弁体１９の上面と
の間には空間３０が形成されている。

【０００３】図５及び図６は、各々従来の四方弁におけ
る弁座１７と弁体１９の斜視図及び、暖房運転状態での
前記弁座１７と弁体１９との連通関係を示す断面図であ
り、前記金属円板状の弁座１７の４つの開口１３、１
４、１５、１６は、各々図５に示すように所定の角度
（９０゜）間隔で開口１３を導入口、これと対向位置の
開口１４を導出口、又これらと直交的に配置した開口１
５、１６をそれぞれ通孔としており、それぞれ導入口１
３の下面には導入管２０が、導出口１４の下面には導出
管２１が、又通孔１５と１６の下面には通孔管２２と２
３が設けられ、前記導入管１３の上部にのみ円筒状のス
トッパー２４が少量突出状に設けられている。

【０００４】前記弁体１９には、図５及び図６に示すよ
うに、前記弁座１７の導入口１３と通孔１５と対応する
位置に貫通孔２５と２６を設けると共に、その下半部に
両貫通孔２５、２６をつなぐ連通孔２７を設け、一方、
導出口１４及び通孔１６と対応する位置にこの導出口１
４と通孔１６を気密的につなぐ気密連通孔２８が設けら
れ、これら両連通孔２７、２８の下部は平面円弧状に形
成されていて、この弁体１９を弁座１７上にて回動させ
ることにより隣接する各開口において連通状態が切り換
わるようになっている。

【０００５】図４における弁本体２の上部に配置された
電磁石３１は、その中心の鉄心３２の外周部にコイル３
３が巻かれており、このコイル３３に通電したとき（順
方向←→逆方向）に極性変換可能（Ｎ極←→Ｓ極）に構
成されている。

【０００６】この従来の四方弁における電磁石３１は、
弁本体１１の上部に鉄心３２を垂直にして配置され、鉄
心３２の下端部からコイル３３の下面に沿って外方に延
びその先端が下方に折曲げられた円弧状の磁極板３６
と、鉄心３２の上端部からコイル３３の上端外側に沿っ
て下方に延びる円弧状の磁極板３７が対向的に設けられ
ている。そして、この電磁石３１下部の両磁極板３６、
３７にて前記弁本体２の外周部を挾むように組み合わさ
れ、止め輪２９にて固定されている。

【０００７】従って、電磁石の磁極板３６、３７をプラ
スチックマグネット製の弁体１９の磁極と対応させるこ
とにより、コイル３３の磁性変換時に弁体１９が９０°
回転する。なお、弁体１９における回動の位置決めは、
前記弁座１７の上面に突出させたストッパー２４と弁体
１９の連通孔２７との間にて行われる（回動角度：９０
°）。また、電磁石３１と弁本体１１との位置決めは、
コイル３３の下方に設けた位置決め凸部３４と、キャッ
プ４の上面に設けた位置決め凹部３５とを嵌合させるこ
とによって行われる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来品では、電磁石３
１の磁極板３６，３７が弁本体２の円筒状ケース１２の
外周部に配置されているため、磁極板３６，３７の内面
とプラスチックマグネット製（永久磁石）の弁体１９の
外周面とのアマチュアギャップが約１．５ｍｍと大きく
なり、このため以下のような問題点があった。

【０００９】弁体回動トルクが低いため、四方弁の弁
体上方の圧力と下方との圧力差が小さくならないと弁体
を作動することができない。つまり、運転時の差圧：１
０〜２０ｋｇｆ／ｃｍ² が、停止後のバランス差圧０．
３ｋｇｆ／ｃｍ² 未満まで小さくならないと四方弁が作
動しないから、エアコンの圧縮機停止直後において四方
弁の弁体が切換え（暖房←→冷房・除霜）可能となるま
での時間（待ち時間）が長くなり、エアコン運転効率
（成績係数）が低くなるという問題点があった。

【００１０】弁体の切換え時にコイルに印加される電
流が非常に高い値となっている。（ＡＣ１００Ｖ５０／
６０Ｈｚ半波整流にて最大１Ａ）

【００１１】

【課題を解決するための手段】】本発明の四方弁は、従
来技術では弁本体のケースの外部に配置されていた磁極
板を、弁本体のケースの内面と弁体との間に気密的に配
置することにより、磁極板と弁体とのアマチュアギャッ
プを小さくし、弁体の回動トルクを高め、四方弁の最高
作動圧力差を高くすると共に、コイルに印加する電流値
を低くした四方弁である。

【００１２】すなわち、本発明に係る四方弁は、４つの
開口を同心円上に設けた金属円板状の弁座１７の上面
に、前記４つの開口の少なくとも２つの開口を気密的に
連通させ残りの開口を開放状態とするプラスチックマグ
ネット製の弁体１９を中心軸１８を回転中心として回動
可能に設け、前記弁座１７の外周上部には円筒状の非磁
性体からなるケース１２を設けると共に該ケース１２の
上部開口には非磁性体からなるキャップ４を前記弁体１
９の上面との間に空間３０を形成するように設けて前記
弁体１９を気密的に囲った弁本体２と、前記キャップ４
の上部に配置された鉄心３２とコイル３３とからなる電
磁石９とにより構成され、前記電磁石９への通電により
磁極板５、６の極性を変換させて前記弁体１９を回動さ
せるようにした四方弁において、前記電磁石９の磁極板
５，６の一端縁外方をコイル３３の外周部より延長させ
ると共にその延長部４３、４４を円弧状に形成し、この
円弧状の延長部４３、４４を前記弁体１９の外周と円筒
状ケース１２の内周の間に、前記キャップ４を気密的に
貫通させて配置したことを特徴とするものである。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１及び図２に基づき詳
細に説明する。なお、従来技術の四方弁と同じ部品につ
いては詳細な説明を省くと共に同一の符号を用いてい
る。本発明の四方弁は、図１に示すように、弁本体２と
電磁石９とにより構成されるが、以下に示す弁本体２を
構成するところの、ストッパー２４と導入管２０と導出
管２１と通孔管２２と通孔管２３とを備える弁座１７
と、非磁性体からなるキャップ４に固定された中心軸１
８を回転中心として回動するプラスチックマグネット製
の弁体１９と、前記弁座１７の外周上部に設けられた円
筒状の非磁性体からなるケース１２については従来品と
全く同じ構成になっている。

【００１４】本発明における従来品との相違点は、図
１、図２に示すように、前記電磁石９の磁極板５，６の
形状を、上半部を方形状とし下半部を円弧状の延長部４
３、４４として、上半部の方形状の中央部に取付け孔４
１、４２を設けた左右対称形のものとしている。

【００１５】一方、前記キャップ４には、左右にスリッ
ト状の磁極孔７、８が設けられており、この磁極孔７、
８の下方より前記磁極板５、６を挿入すると共に前記キ
ャップ４の外縁部にケース１２を仮り組み立てした後、
ろう付け加工などにより気密的に接合されている。な
お、前記キャップ４のスリット状の磁極孔７、８につい
ては、ハーメチックシール加工により気密的に接合して
もよい。

【００１６】従って、前記磁極板５，６の下半部の円弧
状延長部４３、４４は、図１に示すように、前記弁体１
９の外周と円筒状ケース１２の内周の間に、気密的に配
置されている。

【００１７】他方、弁座１７には、通孔管２２，２３と
導出管２０および導入管２１がろう付けされると共に中
心軸１８が圧入固定され、その後、弁座１７の外縁部と
ケース１２の下端部が溶接などにより固定されるように
なっている。また、前記磁極板５、６間には、コイル３
３が挿入されると共に、該コイル３３は取付け孔４１、
４２にはめ込まれた鉄心３２の両端部をかしめることに
よって電磁石９を構成している。

【００１８】次に本発明に係る四方弁の作用について説
明する。本発明に係る四方弁１は、図９に示すようにヒ
ートポンプ式冷凍回路図に組み込まれる。そして、暖房
運転する場合は、圧縮機Ａが停止状態で、かつ、圧力バ
ランスした状態（約差圧１ｋｇｆ／ｃｍ² 以下）におい
て四方弁１の電磁石９のコイル３３に順方向の電流を通
電することにより、図６及び図７で示すように弁体１９
が弁座１７に対して９０°回動後保持され、６図（Ａ）
に示す如く一方の配管が、導入管２０→導入口１３→連
通口２７→通孔１５→通孔管２２のように接続され、他
方の配管が６図（Ｂ）に示す如く、通孔管２３→通孔１
６→気密連通孔２８→導出口１４→導出管２１のように
接続される。

【００１９】その後圧縮機Ａを起動すれば、冷媒の流れ
は、圧縮機Ａ→四方弁１の導入管２０→四方弁１の通孔
管２２→室内熱交換器Ｄ→膨張弁Ｃ→室外熱交換器Ｂ→
四方弁１の通孔管２３→四方弁１の導出管２１→圧縮機
Ａとなる。

【００２０】逆に冷房または除霜運転する場合は、圧縮
機Ａが停止状態で、かつ、圧力バランスした状態（約差
圧１ｋｇｆ／ｃｍ² 以下）においてコイル３３に逆方向
の電流を通電することにより、弁体１９が弁座１７に対
して９０°反転回動後保持され（図８参照）、一方の配
管が導入管２０→導入口１３→連通口２７→通孔１６→
通孔管２３のように接続され、他方の配管が通孔管２２
→通孔１５→気密連通孔２８→導出口１４→導出管２１
のように接続される。

【００２１】その後圧縮機Ａを起動すれば冷媒の流れ
は、圧縮機Ａ→四方弁１の導入管２０→四方弁１の通孔
管２３→室外熱交換器Ｂ→膨張弁Ｃ→室内熱交換器Ｄ→
四方弁１の通孔管２２→四方弁１の導出管２１→圧縮機
Ａとなる。

【００２２】

【作用】上述のように本発明では、磁極板５、６の延長
部４３、４４が直接弁体１９の磁極と対面するため、磁
極板５と弁体１９との間及び磁極板６と弁体１９との間
のアマチュアギャップが、従来品の四方弁のようにケー
ス１２を挟んで間接的に対面する場合の約１．５ｍｍよ
り、ケース１２の肉厚分（約１ｍｍ）だけ少なくなり約
０．５ｍｍにできる。

【００２３】すなわち、アマチュアギャップを少なくで
きるため、弁体１９を回動させるための回動トルクが高
くなり、四方弁としての基本性能の１つである弁体の作
動圧力差を従来品に比べてかなり高い値まで高めること
が可能となり、そのことにより例えばエアコンシステム
暖房運転中における四方弁の切換えによる除霜運転移行
の際、弁体が作動できる圧力バランスまでの時間が短く
なり、エアコン運転効率（成績係数）を向上させること
ができるという効果が得られる。

【００２４】つまり、同じ電流値における弁体の作動可
能な圧力差は、従来品の約０．３ｋｇｆ／ｃｍ² より約
１ｋｇｆ／ｃｍ² と高くすることができる。

【００２５】また、圧力差を従来品と同じ約０．３ｋｇ
ｆ／ｃｍ² とした場合には、従来品の約１．０Ａに比べ
て本発明品では、弁体１９を回動させるためのコイル３
３に印加する電流値を０．１Ａへと低くすることができ
る。

【００２６】なお、本発明者が作動圧力を１．０ｋｇｆ
／ｃｍ² から０．６ｋｇｆ／ｃｍ²まで変化させて弁体
の回動状況を確認したが、いずれの状態においてもスム
ーズに回動させることができた。また、この時の最高作
動圧力差と作動電流との関係は表１に示す通りである。

【００２７】

【表１】

【００２８】この実施例では、磁極板を、１組の磁極数
１の構造のもので説明したが、さらに弁体の回動トルク
を向上させるために磁極数を増やせばさらに良い効果が
得られる。

【００２９】また、弁体１９についても従来品の四方弁
と同じプラスチックマグネット製の一体品のものについ
て説明したが、この弁体１９は図３に示すように、永久
磁石からなるリング状のロータ１０を非磁性体からなる
弁体１９ａの外周部に取り付け一体化したものでも前記
と同様の効果が得られる。

【００３０】さらに、前記実施例においては、弁座１７
に４つの開口を設けた四方弁について説明したが、４つ
の開口のうち、導入管２０と連通している導入口１３に
ついては、ケース１２の側面に設けたものであっても前
記実施例と同じ効果が得られるのは言うまでもない。ま
た、本発明では、図示しないが、キャップ４とケース１
２をプレスにて一体成形したものでもよいのは言うまで
もない。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、上述の如く弁本体のケースの
外部に配置されていた磁極板を、弁本体のキャップを貫
通させ、かつ、弁本体のケース内面と弁体との間に気密
的に配置することにより、磁極板と永久磁石とのアマチ
ュアギャップを小さくしたため、下記のような効果が得
られ、産業上極めて有益なものである。 弁体の回転トルクが向上したことにより、四方弁の弁
体の上下に作用する冷媒の圧力差が、従来品よりも高い
状態の差圧下においても弁体を作動させることができ、
エアコン運転効率を向上させることができる。 冷・暖切換え時にコイルに印加する電流値が低くても
よいものとなり、省エネルギー効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の縦断面図。

【図２】 本発明の一実施例の磁極板とキャップとの組
み合せ形態を示す斜視図。

【図３】 本発明の弁体の他の実施例を示す分解斜視
図。

【図４】 従来の四方弁の縦断面図。

【図５】 四方弁の弁座と弁体の斜視図で、（Ａ）は弁
体の斜視図、（Ｂ）は弁座の斜視図。

【図６】 図５の弁座と弁体とを組み合わせた状態にお
ける断面図で、（Ａ）は図５のイ−イ断面図、（Ｂ）は
図５のロ−ロ断面図。

【図７】 四方弁の暖房時における弁座と弁体との位置
関係を示す平面図。

【図８】 四方弁の冷房時における弁座と弁体との位置
関係を示す平面図。

【図９】 本発明に係る四方弁を用いた暖房運転状態で
のヒートポンプ式冷凍回路図。

【符号の説明】

Ａ 圧縮機 Ｂ 室外熱交換器 Ｃ
膨張弁 Ｄ 室内熱交換器 １ 四方弁 ２ 弁本体 ４
キャップ ５ 磁極板 ６ 磁極板 ７
磁極孔 ８ 磁極孔 ９ 電磁石 １０
ロータ １１ 弁本体 １２ ケース １
３ 開口（導入口） １４ 開口（導出口） １５ 開口（通孔） １
６ 開口（通孔） １７ 弁座 １８ 中心軸 １９、１９ａ 弁体 ２０ 導入管 ２
１ 導出管 ２２ 通孔管 ２３ 通孔管 ２
４ ストッパー ２５ 貫通孔 ２６ 貫通孔 ２
７ 連通孔 ２８ 気密連通孔 ２９ 止め輪 ３
０ 空間 ３１ 電磁石 ３２ 鉄心 ３
３ コイル ３４ 位置決め凸部 ３５ 位置決め凹部 ３
６ 磁極板 ３７ 磁極板 ４０ 下半部 ４
１ 取付け孔 ４２ 取付け孔 ４３ 延長部 ４
４ 延長部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】４つの開口を同心円上に設けた金属円板状
   の弁座１７の上面に、前記４つの開口の少なくとも２つ
   の開口を気密的に連通させ残りの開口を開放状態とする
   プラスチックマグネット製の弁体１９を中心軸１８を回
   転中心として回動可能に設け、前記弁座１７の外周上部
   には円筒状の非磁性体からなるケース１２を設けると共
   に該ケース１２の上部開口には非磁性体からなるキャッ
   プ４を前記弁体１９の上面との間に空間３０を形成する
   ように設けて前記弁体１９を気密的に囲った弁本体２
   と、前記キャップ４の上部に配置された鉄心３２とコイ
   ル３３とからなる電磁石９とにより構成され、前記電磁
   石９への通電により磁極板５、６の極性を変換させて前
   記弁体１９を回動させるようにした四方弁において、 前記電磁石９の磁極板５，６の一端縁外方をコイル３３
   の外周部より延長させると共にその延長部４３、４４を
   円弧状に形成し、この円弧状の延長部４３、４４を前記
   弁体１９の外周と円筒状ケース１２の内周の間に、前記
   キャップ４を気密的に貫通させて配置したことを特徴と
   する四方弁。