JPH11201297A - 切換弁およびスライド弁の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐熱性に優れかつ冷凍機油に添加される各種
の添加剤に対する耐久性を有し、高温度で長期間の連続
運転が可能なヒートポンプシステムの切換弁を提供し、
またそのスライド弁を効率よく製造する 【解決手段】 スライド弁１をヒートポンプの流体圧で
動作させる切換弁２２において、スライド弁１の少なく
とも弁座１１に対する摺接面を自己潤滑性樹脂で形成
し、スライド弁１の摺接面を除く残部をフェノール樹脂
などの熱硬化性樹脂またはエステル基もしくはアミノ基
を有さない結晶性熱可塑性樹脂で形成した切換弁とす
る。このスライド弁１は、成形用金型内の摺接面形成部
を覆うように、予め成形した自己潤滑性樹脂層部材を配
置し、次いで前記金型内に熱硬化性樹脂またはエステル
基もしくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹脂を充
填して一体に成形して製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ヒートポンプシ
ステムの切換弁に関し、更に詳しくは、冷凍機、空調機
等のヒートポンプシステムに使用される流体の移動方向
を切り換える多方向弁式の切換弁およびそれに用いるス
ライド弁の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的なヒートポンプシステムにおける
切換弁は、電磁的に駆動されるパイロットバルブによっ
て、複数のポートにそれぞれ所要圧力の流体を導入し、
その流体圧力によってスライド弁を有する切換弁を駆動
し、複数の流体移送パイプの導通と遮断を行なうもので
あり、図１および図２を利用して以下にその構造を説明
する。

【０００３】図１は、ヒートポンプシステムの概略図で
あり、図２は切換弁２２の一部断面図である。

【０００４】冷房運転では、圧縮機２１により圧縮され
た冷媒は、切換弁２２を介し室外熱交換器２３に送られ
る。室外熱交換器２３にて放熱した冷媒は、絞り機構２
４を通過することにより体積膨張すると共にさらに冷却
される。この冷媒は、室内熱交換器２５で室内の冷房に
使われた後、切換弁２２を介して圧縮機２１に送られ
る。

【０００５】暖房運転では、圧縮機２１より送り出され
た冷媒は、切替弁２２を介して室内熱交換器２５に送ら
れ、室内の暖房に使われた後、室外熱交換器２３に送ら
れる。上記のように切換え弁２２は、冷房と暖房での圧
縮機２１より送り出された冷媒の流れ方向を切り換える
ためのものである。なお、図１中に示した切換弁２２は
冷房運転状態を示している。

【０００６】図２に示す構造の切換弁におけるパイロッ
トバルブＢは、電磁コイル１６と、その磁界により駆動
されるプランジャ１７および磁界が消失した場合にプラ
ンジャ１７を元の位置に復帰させるためのスプリング１
８とから構成されている。

【０００７】そして、初期の状態におけるパイロットバ
ルブＢは、プランジャ１７が左側に寄っていて、弁部１
７ａはポート５を開放し、高圧流体を流入させるポート
２と導通している。この場合、弁本体Ａの右側の弁室９
ａが高圧となり、スライド弁１（バルブスライドとも称
される。）は、その取付け部材と一体の隔壁１９、２０
と共に左側に移動し、パイプ６とパイプ７とを導通す
る。なお、弁本体Ａには流体流入管１０から高圧の熱媒
体（流体）が流入する。

【０００８】次いで、電磁コイル１６に通電し、プラン
ジャ１７が矢印の方向にスプリング１８の弾性力に抗し
て吸引されると、弁部１７ａがポート３を開放して高圧
流体のポート２と導通され、またポート５と低圧側のポ
ート４とが導通する。

【０００９】すると、弁本体Ａの右側の弁室９ａの高圧
流体は、低圧側のポート４から流出して低圧となり、ポ
ート３がポート２と導通するので、高圧流体が弁室９ｂ
内に流入して高圧部を形成し、スライド弁１は、隔壁１
９、２０と共に右側に移動してパイプ７とパイプ８とを
導通する。

【００１０】ところで、弁室９ｃに対応する部分には、
流体流入管１０の流入口と複数本の流体移送パイプ６、
７、８の流体流出入口が設けられている。そして、この
ような弁本体Ａでは、スライド弁１の下端面と、弁室９
ｃ内に開口している流体の出入口６ａ、７ａ、８ａを有
する弁座１１の表面と気密的に接触しながら図２に示す
矢印の方向（図中左右方向）に摺動する。

【００１１】このような切換弁２２は、高価な熱媒体を
スライド弁１を摺動させながら所定の入口から所定の出
口に流動するように切り換えて、エネルギーを制御する
ものであるから、熱媒体（冷媒または熱媒のいずれでも
よい）が当該システムから漏洩しないように構成される
必要があり、そのためにスライド弁１の下端面と弁座１
１の表面とを気密に接触させている。

【００１２】通常、スライド弁１は、ナイロン（ポリア
ミド）樹脂、セラミック、樹脂シートと金属製部品の複
合部材が使用されてきた。

【００１３】近年、このようなヒートポンプの機能は、
インバータやマイクロプロセッサを用いたサイクル制御
によってより向上し、しかもこのシステムの安全性と清
浄性は、他の暖房機器よりも優れていることから、冷房
機器や暖房機器としての地位が確率されつつある。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ヒートポンプを、より高機能化し高効率化するために、
従来より広い温度範囲において高圧での連続運転性が求
められた結果、圧縮機の動作の信頼性を向上させ、ヒー
トポンプシステムを構成する部品に耐熱性と耐久性を向
上させる必要が生じた。

【００１５】具体的には、切換弁の構成部品は、例えば
１５０〜２００℃といった高温でも機能する素材で構成
する必要がある。

【００１６】また、圧縮機では、冷凍機油に各種の添加
剤を加えて回転部分の焼き付きを防止しており、切換弁
の構成部品は添加剤（例えば、流動点調整、抗乳化性、
熱安定性、電気絶縁性を高めるための周知の添加剤であ
り、特に極圧添加剤）に耐える素材で形成する必要性も
生じた。

【００１７】特に、熱媒体における添加剤は、ヒートポ
ンプ内の水分によって高温状態の運転中に加水分解し、
フェノールまたはクレゾールを生成する。これらはナイ
ロン樹脂などの合成樹脂製のスライド弁を溶解可能な有
機溶剤であって、これに接したナイロン樹脂は膨張し、
スライド弁の摺動面に凹凸または泡状面（発泡）を形成
して気密性の摺動を困難にする。

【００１８】このような問題は、四フッ化エチレン樹脂
シートを金属部品に接着した複合部材のスライド弁を採
用することにより避けられるが、このような複合部材で
は、金属と樹脂シートの線膨張係数の差が大きいことか
ら、接着面に剥離現象が起こるという問題が生じる。

【００１９】また、特開平５−６０２５４号公報に記載
のポリフェニレンサルファイド樹脂に四フッ化エチレン
樹脂および芳香族ポリエステル樹脂を添加した組成物か
らなるスライド弁は、高温・高圧の条件下で使用可能な
構造とするためには、所要の機械的強度を確保する必要
があるため、厚肉となり大型化が避けられない。

【００２０】そこで、この発明の課題は、上記した問題
点を解決してスライド弁が耐熱性に優れかつ冷凍機油に
添加される各種の添加剤に対する耐久性を有すると共
に、高機能化、高効率化されていくシステムに対応する
べく、低コスト、小型、軽量で高温度で長期間の連続運
転が可能なヒートポンプの切換弁を提供し、またそのス
ライド弁を効率よく製造することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、ヒートポンプシステムに使用
される切換弁であって、この切換弁におけるスライド弁
の少なくとも弁座に対する摺接面を自己潤滑性樹脂で形
成し、前記スライド弁の前記摺接面を除く残部を熱硬化
性樹脂またはエステル基もしくはアミノ基を有さない結
晶性熱可塑性樹脂で形成した切換弁としたのである。

【００２２】また、スライド弁の成形用金型内の摺接面
形成部を覆うように、予め成形した自己潤滑性樹脂層部
材を配置し、次いで前記金型内に熱硬化性樹脂またはエ
ステル基もしくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹
脂を充填して一体に形成することからなる切換弁用のス
ライド弁を製造したのである。

【００２３】切換弁に係る発明では、スライド弁の摺接
面を除く残部（主要部）が耐熱性、耐溶剤性に優れたフ
ェノール樹脂のような熱硬化性樹脂またはエステル基も
しくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹脂で形成さ
れており、かつ摺動面が自己潤滑性樹脂で形成されてい
るから、１５０〜２００℃といった高温でも熱変形がな
く、冷凍機油の添加剤で腐食したり、熱媒体の添加剤か
ら加水分解によって生じたフェノールまたはクレゾール
などに溶解しない。

【００２４】また、熱硬化性樹脂またはエステル基もし
くはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹脂と、四フッ
化エチレン樹脂などの自己潤滑性樹脂樹脂との線膨張係
数の差が小さいことから、これらの接着面に剥離現象が
起こり難い。

【００２５】また、ヒートポンプの熱媒体が、従来より
も高温・高圧に設定された場合でもスライド弁は変形せ
ず、気密的摺動性を維持できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】この発明に用いるスライド弁主要
部材料の熱硬化性樹脂またはエステル基もしくはアミノ
基を有さない結晶性熱可塑性樹脂は、例えば熱変形温度
が１５０℃以上あるような耐熱性に優れた樹脂であり、
その種類を限定することなく採用できる。熱硬化性樹脂
の具体例としては、フェノール樹脂、またはユリア樹
脂、メラミン樹脂などのアミノ樹脂、不飽和ポリスチレ
ン、エポキシ樹脂、アリル樹脂（ジアリルフタレート樹
脂）などが挙げられる。フェノール樹脂は、この発明の
熱硬化性樹脂として好ましいものであるが、下記の化１
で表わされる繰り返し構造単位からなるノボラック樹脂
（Ａ）または下記の化２で表わされる繰り返し構造単位
からなるレゾール樹脂（Ｂ）のいずれであってもよい。

【００２７】前記のエステル基もしくはアミノ基を有さ
ない結晶性熱可塑性樹脂としては、ポリアリーレンサル
ファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテル
エーテルケトン樹脂、シンジオタクティック構造ポリス
チレン樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂などを挙げること
ができる。これらのエステル基もしくはアミノ基を有さ
ない結晶性熱可塑性樹脂は、耐熱性に優れており、結晶
性であるために冷凍機油中の添加剤や有機溶媒にも耐性
があり、この発明に好適である。

【００２８】なお、エステル基もしくはアミノ基を有す
る結晶性熱可塑性樹脂では、吸水性のある冷凍機油使用
下で長期間に亘って高温・高圧で使用された場合、エス
テル基またはアミノ基が加水分解を起こし、物性が低下
するので好ましくない。

【００２９】以上のような熱硬化性樹脂またはエステル
基もしくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹脂は、
例えばガラス繊維などの補強繊維のような一般的な添加
剤、または無機物粉末であるミネラル、グラファイトも
しくはウィスカのような無機質繊維を配合したものであ
ってもよい。

【００３０】

【化１】

【００３１】

【化２】

【００３２】この発明に適用できる市販のフェノール樹
脂としては、日本合成化工社製：ニッカライトＧＰ２０
０、三井東圧化学社製：ミレックスＳＰ２０００などを
例示できる。または、この発明に適用できるポリアリー
レンサルファイド樹脂としては、東ソー社製：ＧＳ４
０、大日本インキ化学工業社製：ＤＩＣ−ＰＰＳ ＦＺ
１１４０などを例示できる。

【００３３】この発明における摺接面部材の自己潤滑性
樹脂は、フッ素含有樹脂のような自己潤滑性のある周知
の樹脂を採用できる。特に四フッ化エチレン樹脂を含有
する樹脂が好適である。

【００３４】四フッ化エチレン樹脂を含有する樹脂から
なる自己潤滑性樹脂層部材（摺接面部材）は、四フッ化
エチレン樹脂粉末に耐摩耗性を向上させる添加剤等を加
えた混合材料を、加圧成形したのち焼成し、円柱状の成
形体に成形した後、シート状にスカイブ加工したものを
採用して良い。

【００３５】このような四フッ化エチレン樹脂シートの
片面または両面に対して、一般にトス処理と呼ばれる水
酸化ナトリウム水溶液による表面処理を施せば、熱硬化
性樹脂またはエステル基もしくはアミノ基を有さない結
晶性熱可塑性樹脂との接着強度が向上して剥離現象が起
こり難くなって好ましい。

【００３６】また、四フッ化エチレン樹脂を含有する樹
脂からなる自己潤滑性樹脂層部材（摺接面部材）は、熱
硬化性樹脂またはエステル基もしくはアミノ基を有さな
い結晶性熱可塑性樹脂に四フッ化エチレン樹脂粉末を添
加した樹脂組成物からなる成形体であってもよい。

【００３７】この場合、採用する熱硬化性樹脂またはエ
ステル基もしくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹
脂は、スライド弁の摺接面を除く残部を形成する材料と
同一の樹脂を採用すれば、摺接面部材との界面の親和性
が優れ好ましい。

【００３８】このような摺接面部材に用いる樹脂組成物
は、射出成形法、オートモールド成形法、加熱圧縮成形
法等によって形成できる。

【００３９】四フッ化エチレン樹脂からなる市販の成形
用粉末としては、例えば三井・デュポン・フロロケミカ
ル社製：テフロン７Ｊ、旭硝子社製：フルオンＧ１６
３、Ｌ１６９、ダイキン工業社製：ポリフロンＭ１２、
ルブロンＬ１５などを例示できる。四フッ化エチレン樹
脂製シートの成形方法としては、オートモールド成形法
やスカイブ加工によるシート成形なども採用できる。

【００４０】スライド弁の少なくとも弁座に対する摺接
面を四フッ化エチレン樹脂などの自己潤滑性樹脂で形成
するには、スライド弁の成形用金型内の摺接面形成部を
覆うように、予め成形した自己潤滑性樹脂層部材を配置
し、次いで前記金型内に熱硬化性樹脂またはエステル基
もしくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹脂を充填
して複合成形を行なって一体に成形する。この際の成形
方法は、射出成形、加熱圧縮成形のいずれであってもよ
い。

【００４１】

【実施例】図２に示した弁本体Ａのスライド弁１とし
て、図３および図４に示すものを使用した。

【００４２】すなわち、弁本体Ａは、その構造の詳細を
既述したように、電磁的に駆動されるパイロットバルブ
Ｂによって、ポート２、３、４、５にそれぞれ所要圧力
の流体を導入し、その流体圧力によって駆動されるスラ
イド弁１により、流体移送パイプ６、７、８の導通と遮
断を行なうものである。

【００４３】切換弁には、弁室９ｃに通じるように高圧
の流体流入管１０の流入口が形成され、複数本の流体移
送パイプ６、７、８の流体の出入口６ａ、７ａ、８ａが
配置形成されている。このような弁本体Ａでは、スライ
ド弁１の下端面が、流体の出入口６ａ、７ａ、８ａが開
口する弁座１１と気密に接触しながら図２に示す矢印の
方向（図中左右）に摺動（スライド）する。

【００４４】〔実施例１〕スライド弁成形用金型内の摺
接面形成部に、予め成形した厚さ１．５ｍｍの四フッ化
エチレン樹脂シートを配置し、次いで前記金型内にガラ
ス繊維６０重量％を含むフェノール樹脂を射出成形して
複合的に一体となったスライド弁（家庭用エアコン７ｋ
ｗ相当品）を作製した。なお、四フッ化エチレン樹脂シ
ート１２は、スライド弁主要部１３が他部品に接触する
ときに起こりやすい剥離を防止し、また弁座との接触面
積の可及的縮小を図り摩擦抵抗を低減させるため、スラ
イド弁主要部１３の底面より若干小さいものを使用し
た。なお、図中符号１４は、流体通路を示し、符号１５
は溝である。

【００４５】〔実施例２〕成形用金型内の摺接面形成部
に、ポリフェニレンサルファイド樹脂６０重量％と四フ
ッ化エチレン樹脂４０重量％からなる組成物による厚さ
２ｍｍの板状素材を、スライド弁の摺接面形状に加工し
た摺接部を配置し、次いで前記金型内にガラス繊維４０
重量％を含むポリフェニレンサルファイド樹脂を射出成
形して複合的に一体となったスライド弁（家庭用エアコ
ン７ｋｗ相当品）を作製した。その他は実施例１と同じ
である。

【００４６】〔比較例１〕成形用金型内の摺接面形成部
に、予め成形した厚さ１．５ｍｍの四フッ化エチレン樹
脂シートを配置し、次いで前記金型内にガラス繊維３０
重量％を含むポリアミド６６樹脂（アミノ基を含む）を
射出成形して複合的に一体となったスライド弁（家庭用
エアコン７ｋｗ相当品）を作製した。その他は実施例１
と同じである。

【００４７】〔比較例２〕成形用金型内に、芳香族ポリ
エステル樹脂（エステル基含む）１５重量％と、四フッ
化エチレン樹脂１５重量％と、残部ポリフェニレンサル
ファイド樹脂からなる樹脂組成物を射出成形してスライ
ド弁（家庭用エアコン７ｋｗ相当品）を作製した。上記
した通り作成した実施例および比較例のスライド弁に対
して、以下の実機耐久試験を行ない結果を表１に示し
た。

【００４８】〔実機耐久試験〕図１および図２に示した
ヒートポンプを使用し、高温・高圧の条件の下で切換弁
にスライド弁を取り付け、初期および耐久運転（１００
０回往復動）後のスライド弁のシール性、変形の有無、
剥がれの有無、発泡およびクラックの有無を調査した。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１に示した結果からも明らかなように、
実施例１、２はいずれも外観に異常が認められず、シー
ル性にも問題がなかった。

【００５１】これに対してスライド弁主要部にアミノ基
を含む結晶性熱可塑性樹脂を用いた比較例１は、変形は
なかったがスライド弁主要部に発泡が認められた。ま
た、シート部材がスライド弁主要部から部分的に剥がれ
ていた。

【００５２】また、スライド弁主要部にエステル基を含
む樹脂を使用した比較例２は、変形および発泡は認めら
れなかったが、シール性については実施例より劣るもの
であった。

【００５３】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、ヒー
トポンプシステムの切換弁におけるスライド弁の少なく
とも弁座に対する摺接面を自己潤滑性樹脂で形成し、残
部を熱硬化性樹脂またはエステル基もしくはアミノ基を
有さない結晶性熱可塑性樹脂で形成したので、スライド
弁が耐熱性に優れており、しかも冷凍機油に添加された
各種の添加剤に対する耐久性を有し、高温度で長期間の
連続運転が可能な切換弁となる利点がある。

【００５４】また、自己潤滑性樹脂層部材と熱硬化性樹
脂またはエステル基もしくはアミノ基を有さない結晶性
熱可塑性樹脂を複合成形する製造法により、前記の切換
弁に適用できるスライド弁を、低コストで効率よく製造
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヒートポンプシステムの概略図

【図２】ヒートポンプシステムにおける切換弁の実施形
態の断面図

【図３】スライド弁の一部断面側面図

【図４】スライド弁の底面図

【符号の説明】

Ａ 弁本体 Ｂ パイロットバルブ １ スライド弁 ２、３、４、５ ポート ６、７、８ 流体移送パイプ ６ａ、７ａ、８ａ 流体の出入口 ９ａ、９ｂ、９ｃ 弁室 １０ 流体流入管 １１ 弁座 １２ 自己潤滑性樹脂層 １３ スライド弁主要部 １４ 流体通路 １５ 溝 １６ 電磁コイル １７ プランジャ １７ａ 弁部 １８ スプリング １９、２０ 隔壁 ２１ 圧縮機 ２２ 切換弁 ２３ 室外熱交換器 ２４ 絞り機構 ２５ 室内熱交換器

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒートポンプシステムに使用される切換
   弁であって、この切換弁におけるスライド弁の少なくと
   も弁座に対する摺接面を自己潤滑性樹脂で形成し、前記
   スライド弁の前記摺接面を除く残部を熱硬化性樹脂また
   はエステル基もしくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑
   性樹脂で形成したことを特徴とする切換弁。
2. 【請求項２】 自己潤滑性樹脂が、四フッ化エチレン樹
   脂を含有する樹脂組成物である請求項１記載の切換弁。
3. 【請求項３】 熱硬化性樹脂が、フェノール樹脂である
   請求項１または２記載の切換弁。
4. 【請求項４】 切換弁が、２方以上の多方向弁式の切換
   弁である請求項１〜３のいずれか１項に記載の切換弁。
5. 【請求項５】 スライド弁の成形用金型内の摺接面形成
   部を覆うように、予め成形した自己潤滑性樹脂層部材を
   配置し、次いで前記金型内に熱硬化性樹脂またはエステ
   ル基もしくはアミノ基を有さない結晶性熱可塑性樹脂を
   充填して一体に形成することからなるスライド弁の製造
   方法。