JPH10160010A - 方向制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数の低減および部品製作精度の緩和を
図るとともに、故障しにくく、低騒音、低消費電力化を
達成する「方向制御弁」を提供する。 【解決手段】 回転位置に応じて、バルブ本体２０に設
けられる３以上のポートのうち２つのポートを選択的に
連通させ、流体の流れを切り換える回転弁体２２と、前
記回転弁体２２の２以上の回転位置のうち選択的に１の
位置を割り出す弁体割出し手段と、流路の切り換え時に
前記回転弁体２２を回転可能に浮揚支持する弁体浮揚手
段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、方向制御弁に係
り、特に、空気調和装置の冷凍サイクルにおいて冷媒の
流れを切り換える四方弁として用いられる方向制御弁に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒータコアのような熱源のない電気自動
車で使用される空気調和機では、冷房時と暖房時とで冷
凍サイクルにおける冷媒の流れを切り換える必要があ
り、この冷媒の切り換えを四方弁により行なっている。

【０００３】従来、冷凍サイクルに組込まれる四方弁と
しては、スライド式の四方弁が一般的に使用されてい
る。この種のスライド式の四方弁は、バルブ本体の内部
にスライド弁を組込み、ソレノイド式のパイロットバル
ブにより操作される。スライド弁自体を、圧力差を利用
して軸方向に駆動する構造のものが一般的であり、スラ
イド弁の位置によってポート間の連通状態を切り換える
ことにより、冷媒の流れを冷房時と暖房時とで切り換え
られるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スライド式四方弁は、圧力差を利用して切り換え位置に
移動させるには、弁体を機械的に摺動させる必要がある
ため、クリアランス等の寸法交差も厳密に要求される。
また、製作精度の高い部品を多数用いて組み立てられる
ため、コストの削減が困難であった。しかも、高精度な
上に機械的に摺動する部分が多いため、特に、移動体
（電気自動車や電車等）の冷凍サイクルに適用した場合
に故障が発生し易く、また、切り換え動作が急峻なた
め、切り換え時の騒音が大きい。さらに、空気調和機で
はスライド弁は通常一方にばね部材等で付勢されてお
り、暖房時あるいは冷房時のいずれかでスライド弁を移
動させてその位置に保持させるためにソレノイドコイル
は常時通電状態となるので、消費電力が大きいという欠
点があった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の有する問
題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、部
品点数の大幅低減および部品製作精度の大幅緩和を図る
とともに、故障しにくく、低騒音、低消費電力化を達成
する方向制御弁を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、弁の位置を切り換えることによって流体
の流れの方向を選択的に切り換える方向制御弁におい
て、回転位置に応じて、バルブ本体に設けられる３以上
のポートのうち２つのポートを選択的に連通させ、流体
の流れを切り換える回転弁体と、前記回転弁体の２以上
の回転位置のうち選択的に１の位置を割り出す弁体割出
し手段と、流路の切り換え時に前記回転弁体を回転可能
に浮揚支持する弁体浮揚手段と、を備えることを特徴と
する。

【０００７】この発明にあっては、弁体を回転式にする
とともに、位置切り換えをするときに回転弁体自体を浮
揚させた状態で回転させることができるので、摩擦が作
用しないフリクションレス構造を実現し、騒音低減、故
障しいくい高耐久性を実現できる。

【０００８】また、前記弁体浮揚手段は、前記回転弁体
の底面に設けた磁石と、前記磁石に対向して配置される
鉄心と、前記鉄心を励磁するソレノイドコイルと、を有
することが好ましく、これにより、部品点数を削減し、
また、低騒音、低消費電力の方向制御弁にすることがで
きる。

【０００９】また、前記弁体浮揚手段は、前記割出し手
段の回転軸に軸着され、回転平面に対して傾斜を有する
斜板を含み、当該斜板によって前記回転弁体が当該回転
弁体の回転位置に応じて昇降するように支持される機械
的な構造により構成することも可能である。

【００１０】このような本発明の方向制御弁は、特に、
空気調和装置において暖房時と冷房時とで冷媒の流れを
切り換える四方弁として用いることができ、従来のスラ
イド式の四方弁に代って、フリクションレスであること
から部品の製作精度もさほど要求されず、しかも、自動
車等の移動体の冷房サイクル用として低騒音かつ低消費
電力で故障しにくく、しかも安価なものとすることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係
る四方弁の概略構成図、図２および図３は、同四方弁が
組み込まれた空気調和装置のそれぞれ冷房運転状態およ
び暖房運転状態を示す図である。

【００１２】図１に示す四方弁６は、バルブ本体２０と
回転弁体２２とを有している。バルブ本体２０は、冷凍
サイクルを形成する４本の冷媒配管がそれぞれ接続され
るものであり、その内部を流れる冷媒の流れを、回転弁
体２２をその軸まわりに９０゜回転させることによっ
て、暖房時と冷房時とで切り換えることができるように
なっている。

【００１３】図２および図３に示す空気調和装置５は、
外部と熱交換を行う室外側熱交換器１１、室内側熱交換
器１３と、外部から吸収した熱を冷媒と共に送る圧縮機
１０と、キャピラリチューブ１２とを有しており、これ
ら各要素および前記四方弁６が冷媒配管により接続され
て空気調和装置５の冷凍サイクルを構成している。な
お、前記キャピラリチューブ１２は、細い銅管から構成
されており、冷媒が通過することにより冷媒の断熱膨張
が行われる。

【００１４】バルブ本体２０は、ポート１〜４を有し、
圧縮機１０から吐出される冷媒は、図２（冷房運転）、
図３（暖房運転）のように、回転弁体２２が９０゜回転
する従って、流れる方向が決まるようになっている。冷
房運転時には、ポート１とポート２、およびポート３と
ポート４が連通し、室外側熱交換器１１が外部に熱を放
出するコンデンサ、室内側熱交換器１３が外部より熱を
吸収するエバポレータとして機能する。

【００１５】一方、暖房運転時には、ポート１とポート
３、およびポート２とポート４が連通するように回転弁
体２２が回転し、室内側熱交換器１３がコンデンサ、室
外側熱交換器１１がエバポレータとして機能するように
なっている。

【００１６】図１において、バルブ本体２０の上部には
筒状部２３が一体的に形成されており、この筒上部２３
にはアッパケース２４が密閉的に嵌合し、回転弁体２２
が収容されるハウジングが構成されている。

【００１７】回転弁体２２には、その底面に開口する二
組の真直な深溝形状の通路２５、２６が形成されてい
る。これらの通路２５、２６は、それぞれ図２、図３で
示したポート１〜４のうち、その二つを連通させること
ができる。

【００１８】また、回転弁体２２のボス部２７は、アッ
パケース２４に同心的に形成された軸受部２８が嵌入す
るように構成されており、回転弁体２２は、このボス部
２７が軸受部２８に嵌合した状態のまま回転可能である
と共に、上下動が許容されている。

【００１９】ボス部２７の外周には被動側マグネット３
０ａが装着され、この被動側マグネット３０ａと対をな
す駆動側マグネット３０ｂが被動側マグネット３０ａと
対向させてアッパケース２４の外側に配置される。これ
ら被動側マグネット３０ａおよび駆動側マグネット３０
ｂはマグネットカップリング３０を構成しており、駆動
側マグネット３０ｂは、ＤＣモータ３１、より好ましく
はステッピングモータに連結されている。回転弁体２２
の底部に形成された図示しない円弧状溝には、後述する
円板状鉄心３４に立設されたストッパ３２が係合するよ
うになっている。この円弧状溝は円周の約４分の１だけ
形成されており、ストッパ３２が前記円弧状溝に挿入さ
れた状態で回転弁体２２は９０゜づつ正転、逆転するよ
うになっている。したがって、この実施の形態１では、
回転弁体２２の弁体割出し手段は、マグネットカップリ
ング３０、ＤＣモータ３１、ストッパ３２により構成さ
れている。

【００２０】一方、回転弁体２２の下方には、次のよう
に構成される弁体浮揚手段が設けられている。

【００２１】この実施の形態１では、弁体浮揚手段は、
磁力の吸着力と反発力を利用したもので、回転弁体２２
の底面には、リング状の磁石３３が取り付けられ、この
磁石３３に対向させてバルブ本体２０の上面に円板状の
鉄心３４が配設されている。この場合、円板状鉄心３４
には、ポート１〜４を塞がないようにそれぞれ対応する
位置に通孔３５…が形成されている。

【００２２】また、円板状鉄心３４は、同心的にロッド
３６と一体構造のもので、このロッド３６にソレノイド
コイル３７が巻装されている。なお、ロッド３６の上端
部にはボス部３８が連設され、このボス部３８には、回
転弁体２２が遊嵌するようにして上下動および回転可能
に同軸的に着座し、これにより、浮揚時および割出し時
に円滑に案内されるようになっている。

【００２３】次に、以上のように構成される四方弁の作
用について説明する。例えば回転弁体２２が図２に示す
回転位置にある非回転時には、回転弁体２２の底部に設
けた磁石３３と円板状鉄心３４とに吸着力が働くため
に、回転弁体２２は、図２において、ポート１とポート
２、およびポート３とポート４が連通し合った回転位置
に固定される。これにより、冷凍サイクルは冷房運転の
冷媒の流れとなる。

【００２４】これに対して、冷房から暖房に切り換える
場合には、ソレノイドコイル３７に通電して円板状鉄心
３４を磁石３３の極性と同じ極性に励磁させる。これに
より、円板状鉄心３４と磁石３３とが互いに反発し合う
結果、回転弁体２２がわずかながら浮揚する。これと同
時にＤＣモータ３１が作動し、回転弁体２２は前記円弧
状溝の溝端がストッパ３２に当接するまで９０゜回転
し、その回転位置が暖房時の回転位置に割出される。次
いで、ソレノイドコイル３７への通電を停止することに
より、前述したのと同様に、磁石３３と円板状鉄心３４
との吸着力によって回転弁体２２が図３に示す回転位置
に固定される。これによって、図３において、ポート１
とポート３およびポート２とポート４とが連通するよう
になり、冷凍サイクルは暖房運転の冷媒の流れに切り換
わる。

【００２５】なお、回転弁体２２の位置割出し後の非回
転時における固定は、上記のような磁力の吸着力を利用
する以外にも、リターンスプリングなどの弾性力による
ようにしてもよい。また、非回転時にはソレノイドコイ
ル３７により、回転弁体２２の底部に設けた磁石３３の
極性と逆の極性に円板状鉄心３４を励磁するように構成
して回転弁体２２を固定することもできる。このように
すれば消費電力を要するものの吸着力が大きくなって回
転弁体２２の固定が確実となる。

【００２６】このように、回転弁体２２を、磁力によっ
て浮揚させた状態にて回転させるようにしているので、
摩擦が作用しないため、小トルクでの回転が可能とな
り、割出し機構を簡素化し、また、回転弁体の製作精度
もさほど必要とせずとも故障しないように耐久性の向上
が可能となる。また、フリクションレスであるため、低
騒音、低消費電力化が可能になる。

【００２７】次に、本発明の実施の形態２に係る四方弁
について、図４を参照して説明する。なお、図１に示し
た部材と共通する部材には、同一の符号を付して、その
詳細な説明は省略する。

【００２８】実施の形態２の四方弁７は、図示のよう
に、回転弁体２２を浮揚させる手段を機械的な構造によ
り実現するものである点で実施の形態１と相違してい
る。

【００２９】この浮揚機構の場合、被動側マグネット３
０ａは、歯車４０、４１、４２、４３からなる減速用の
ギア列を介して回転軸４４に連結されている。この回転
軸４４には、水平面、すなわち回転弁体２２の回転平面
に対してｈの高低差をもってわずかながら傾斜するよう
にして、斜板４５が同軸的に取り付けられている。この
斜板４５の外周端部には、ボール４６を介して断面コ字
状の受座４７が係合するようになっている。この受座４
７からは、プレート４９に形成した通孔５０を挿通する
ようにして回転弁体２２を支持する連結ロッド４８が垂
設され、この連結ロッド４８に同軸的に回転弁体２２が
連結されている。

【００３０】また、回転軸４４の下端部には、切り換え
時に連結ロッド４８に設けた歯車５１と噛み合って、回
転弁体２２を９０゜回転させるための割出し手段を構成
する扇形ギア５２が設けられている。この場合、扇形ギ
ア５２は、噛み合ったまま、回転弁体２２の上下動が許
容されるように、昇降量、すなわち少なくともｈ以上の
厚さを有している。

【００３１】以上のように構成される機械的な浮揚機構
の場合においても、回転弁体２２が、例えば、図２に示
す冷房時の回転位置にある場合は、図２において、ポー
ト１とポート２、およびポート３とポート４が連通し合
った回転位置に機械的に固定されている。このとき回転
弁体２２は、斜板４５を下降位置に位置させることによ
り、ボール４６、受座４７および連結ロッド４８を介し
てバルブ本体２０の上面に所定の力で押圧されて固定さ
れる。

【００３２】これに対して、冷房から暖房に切り換える
ときには、ＤＣモータ３１が作動し、回転軸４４が回転
し出すと、それとともに斜板４５が回転するので、連結
ロッド４８を介して回転弁体２２の全体を持上げるよう
にして浮揚させる。そして、この浮揚させた状態におい
て、扇形ギア５２が歯車５１に噛み合い、回転弁体２２
を９０゜回転させ、その回転位置が暖房時の回転位置に
割出される。なお、扇形ギア５２は、例えば斜板４５を
一回転させて下降位置から上昇位置を経て再び下降位置
にもってくる間に、歯車５１と噛み合って回転弁体２２
を９０゜回転させるべく所定の中心角を有するように形
成されている。

【００３３】このように、図３において、ポート１とポ
ート３、およびポート２とポート４が連通するようにな
り、冷凍サイクルは暖房運転の冷媒の流れに切り換わ
る。

【００３４】なお、以上説明した実施の形態は、本発明
を限定するために記載されたものではなく、種々変更が
可能である。例えば、上述した実施の形態では、冷凍サ
イクルに適用される四方弁について説明したが、本発明
は、一般の流体回路に使用される方向制御弁、二方弁、
三方弁として構成できることはいうまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によれば、弁体を回転式にするとともに、位置切り換え
をするときに回転弁体自体を浮揚させた状態で回転する
ことができ、摩擦が作用しないフリクションレス構造を
実現し、騒音低減、故障しにくい高耐久性を実現でき
る。

【００３６】また、請求項２に記載の発明によれば、部
品点数を削減し、また、低騒音、低消費電力の方向制御
弁にすることができる。

【００３７】また、請求項３に記載の発明によれば、割
出し手段の動作に連動して機械的に回転弁体を昇降させ
る簡易な構成とすることができる。

【００３８】また、請求項４に記載の発明によれば、フ
リクションレスであることから部品の製作精度もさほど
要求されず、しかも、自動車等の移動体の冷房サイクル
用として低騒音かつ低消費電力で故障しにくく、しかも
安価なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る四方弁の概略構
成図である。

【図２】 同四方弁が組み込まれた空気調和装置の冷房
運転状態を示す図である。

【図３】 同四方弁が組み込まれた空気調和装置の暖房
運転状態を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態２に係る四方弁の概略構
成図である。

【符号の説明】 １〜４…ポート、 ５…空気調和装置、６，
７…四方弁、 １０…圧縮機、１１…室外側
熱交換器、１２…キャピラリチューブ、１３…室内側熱
交換器、 ２０…バルブ本体、２２…回転弁体、
２４…アッパケース、３０…マグネットカッ
プリング、３０ａ…被動側マグネット、３０ｂ…駆動側
マグネット、３１…ＤＣモータ、 ３２…スト
ッパ、３３…磁石、 ３４…鉄心、３６
…ロッド、３７…ソレノイドコイル、４４…回転軸、
４５…斜板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 弁の位置を切り換えることによって流体
   の流れの方向を選択的に切り換える方向制御弁におい
   て、 回転位置に応じて、バルブ本体(20)に設けられる３以上
   のポート(1〜4)のうち２つのポートを選択的に連通さ
   せ、流体の流れを切り換える回転弁体(22)と、 前記回転弁体(22)の２以上の回転位置のうち選択的に１
   の位置を割り出す弁体割出し手段と、 流路の切り換え時に前記回転弁体(22)を回転可能に浮揚
   支持する弁体浮揚手段と、を備えることを特徴とする方
   向制御弁。
2. 【請求項２】 前記弁体浮揚手段は、前記回転弁体(22)
   の底面に設けた磁石(33)と、前記磁石(33)に対向して配
   置される鉄心(34)と、前記鉄心(34)を励磁するソレノイ
   ドコイル(37)と、を有することを特徴とする請求項１に
   記載の方向制御弁。
3. 【請求項３】 前記弁体浮揚手段は、前記割出し手段の
   回転軸(44)に軸着され、回転平面に対して傾斜を有する
   斜板(45)を含み、当該斜板(45)によって前記回転弁体(2
   2)が当該回転弁体(22)の回転位置に応じて昇降するよう
   に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の方
   向制御弁。
4. 【請求項４】 空気調和装置(5) において暖房時と冷房
   時とで冷媒の流れを切り換える四方弁として構成されて
   いることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記
   載の方向制御弁。