JPWO2006118052A1 - 切替弁 - Google Patents

Abstract

本発明の切替弁は、第１弁座と第１弁座と対向する第２弁座とを有する弁室と、弁室の第１弁座の周り内の第１弁口に連通して第１作動流体を流入させる第１流体通路と、弁室に連通して作動流体を流出または流入させる第２流体通路と、弁室の第２弁座の周り内の第２弁口に連通して作動流体を流出させる第３流体通路と、弁室に配置されて第１弁座と第２弁座とに交互に離接する弁体と、弁体と連結する軸部と、弁軸を移動自在に案内する案内孔と、案内孔の周囲に設けられたシール手段の収容室と、収容室と第１流体通路とを連通する補助通路と、軸部に連結してソレノイドロッドを作動させるソレノイド部と、を具備し、第１弁座と弁体が接合して第１作動流体の圧力を受ける第１受圧面積と軸部の収容室内の第１作動流体を受ける第３受圧面積とをほぼ同一面積にしたものである

Description

本発明は、弁体の作動能力を向上した切替弁に関する。特に、ソレノイド部の作動力により直接に弁体を開閉するようにするとともに、切り替えられる流体の圧力が弁体の作動特性に影響を与えないようにした切替弁に係わる。

本発明の関連技術として、空調装置などの配管に設けた三方弁または四方弁が知られている（下記の特許文献１参照）。なお、この空調装置における冷凍サイクルの配管内は冷媒としてＣＯ_２などの作動流体を流す。このＣＯ_２を用いた冷凍サイクルにおいては、一般に、使用圧力領域が従来の冷媒に比較して１０倍以上の圧力で使用されている。この使用圧力が高圧であるために、切替弁において種々の問題点が惹起する。図４は、この空調機の冷凍サイクルを示すものである。また、図５は、空調機の暖房サイクルを示すものである。更に、図６は、この図５および図６のサイクルに用いられる三方弁の全断面図である。

図４および図５において、１００は、第１三方弁１００Ａと第２三方弁１００Ｂからなる弁装置である。この弁装置１００は、コンプレッサ１１０からの配管に連通している。また、弁装置１００の一方の配管は、室外熱交換器１０３に連通している。更に、弁装置１００の他方の配管は、室内熱交換器１０５に連通している。更にまた、室外熱交換器１０３と室内熱交換器１０５とを連通する配管１０６の途中には膨張弁１０４が設けられている。そして、図４の冷房サイクルにおいて、作動流体は、時計の回る方向とは反対方向へ流れる。また、図５の暖房サイクルにおいては、作動流体が時計が回る方向と同一方向へ流れる。従って、弁装置１００を切り替えることにより、空調装置のサイクルを冷房サイクル（図４）と暖房サイクル（図５）に構成できる。

次に、図６により、この冷房と暖房とのサイクルに用いられる一つの三方弁１００Ａについて説明する。三方弁１００Ａは、弁本体２００と電磁弁２５０から構成されている。弁本体２００は、第１弁部２０１と第２弁部２１１と第３弁部２２１と第４弁部２３１から構成されている。

第１弁部２０１は、球部を設けた第１弁体２０２が第１弁体孔２０３に移動自在に嵌合している。この第１弁体２０２の背面側には第１作用空間２０６が形成されている。また、第１作用空間２０６内には第１ばね２０５が配置されている。この第１ばね２０５により第１弁体２０２を図示下方へ弾発に押圧している。そして、第１弁体２０２は、作動中に第１弁座２０４と離接する。

第２弁部２１１は、第１弁部２０１と対称に配置されている。そして、第２弁体２１２が第２弁体孔２１３に移動自在に嵌合している。この第２弁体２１２は第２作用空間２１６内に配置された第２ばね２１５により弾発に押圧されている。そして、第２弁体２１２は、作動中に第２弁座２１４と離接する。

次に、第３弁部２２１は、第２弁部２１１と並列に配置されている。第３弁体２２２は第３弁体孔２２３に移動自在に配置されている。この第３弁体２２２の背面側は第３作用空間２２６に形成されている。また、第３弁体２２２は第３作用空間２２６内に配置された第３ばね２２５により弾発に押圧されている。そして、第３弁体２２２は、第３弁座２２４と離接する。

第４弁部２３１は、可動吸引子２５１の先端に第４弁体２３２が設けられている。また、可動吸引子２５１の背面側は第４空間部に形成されているとともに、この第４空間部に第４ばね２５５が配置されて可動吸引子２５１を弾発に押圧している。この第４弁体２３２の周囲は、第４弁体孔２３３に形成されている。そして、第４弁体２３２は、第４弁座２３４と離接する。第４弁体２３２は可動吸引子２５１と一体に作動する。この可動吸引子２５１は、コイル部に流れる電流に応じて固定吸引子２５２に吸引される。そして、第４弁体２３２を第４弁座２３４の弁口を開閉する。

この弁本体２００には、図示は省略されているが、第１弁体孔２０３に連通する第１流体入孔が図６の断面と直交する方向へ設けられている。また、図示は省略されているが、第２流体入孔も図６の断面と直交する方向へ設けられている。さらに、第１弁座２０４の周りの弁口と第２弁座２１４の周りの弁口とは第１弁間連通路２６０により連通している。この第１弁間連通路２６０と直交する方向には、流体出孔２６１が形成されている。さらに、弁間連通路２６０と並列に第３弁座２２４の弁口と第４弁座２３４の弁口とを連通する第２弁間連通路２６３が形成されている。なお、第２弁間連通路２６３内には、ピン２２７が設けられており、このピン２２７の各端部が第３弁体２２２と第４弁体２３２にそれぞれ接合している。さらに、第１弁間連通路２６０と第２弁間連通路２６３とは戻り流路２６２により連通している。さらにまた、第１作用空間２０６内と第４弁体孔２３３内とは第１パイロット流路２６４により連通している。また、第２作用空間２１６内と第３弁体孔２２３内とは第２パイロット流路２６５により連通している。

このように構成された三方弁１００Ａは、電磁弁２５０のコイルに電流が流れると可動吸引子２５１が固定吸引子２５２に吸引されるので、第４弁座２３４の弁口が開弁し、第１作動空間２０６と第１パイロット流路２６４と戻り流路２６２と第１弁間連通路２６０が連通する。このために、第１作動空間２０６の圧力が低下すると、第１弁体２０２が第１弁座２０４から離脱して開弁する。このとき、前述の第１流体入口から流入した冷媒は流体出孔２６１へ流出する。反対に、第４弁体２３２が第４弁座２３４に閉弁しているときは、第１弁体２０２が閉弁状態になるので、冷媒は流体出孔２６１への流出が防止される。また、電磁弁２５０のコイルへの電流が遮断されると、可動吸引子２５１が固定吸引子２５２から図示下方へ離脱するので、可動吸引子２５１に押されたピン２２７が第３弁体２２２を押圧して第３弁座２２４から開弁させる。このとき、第２流体入口から流入した冷媒は、流体出孔２６１へ流出する。反対に、第３弁体２２２が第３弁座２２４に閉弁しているときは、第２弁体２１２が閉弁状態になるので、冷媒は流体出孔２６１への流出が防止される。

この三方弁１００Ａは、電磁弁２５０に流れる電流により、第３弁部２２１と第４弁部２３１との弁口を交互に開閉して第１作用空間２０６内と第２作用空間２１６内との圧力を加減し、第１流体入孔と第２流体入孔から流入する作動流体の圧力により第１弁体２０２と第２弁体２１２を開閉弁する。このため、三方弁１００Ａの設定速度に対して実際の開閉速度が遅くなる問題がある。また、第１弁部２０１と第２弁部２１１の他に第３弁部２２１と第４弁部２３１を設けなければならないので、部品点数が多くなり、三方弁１００Ａの部品コストが上昇する。この第３弁部２２１と第４弁部２３１を電磁弁２５０により作動させたときの作動流体により、第１弁部２０１と第２弁部２１１を作動させるため、第１パイロット流路２６４および第２パイロット流路２６５、戻り流路２６２等の細い流路を設けなければならないので、この細い流路の加工が困難になる。このため、三方弁の製作コストが上昇する問題がある。

特開２００４−９２７７９公報（図４、図５および図４参照）

本発明は、上述のような問題点に鑑み成されたものであって、その発明が解決しようとする課題は、作動させる力に応答する弁体の開閉能力を向上させることにある。また、作動流体の流体通路の流量径を大径にも、小径にも製作することが可能にする。さらに、切替弁の弁体の作動構造を簡単にして開閉弁を確実にするとともに、部品点数を少なくし、且つ、製造コストを低減することにある。

本発明は、上述のような技術的課題を解決するために成されたものであって、その技術的解決手段は以下のように構成されている。

本発明に係わる切替弁は、流入流体通路と流出流体通路とに連通する弁室を切り替える切替弁であって、第１弁座と第１弁座と対向する第２弁座とを有する弁室と、弁室の第１弁座の周りの第１弁口に連通して第１作動流体を流入させる第１流体通路と、弁室に連通して第１作動流体を流入させ、または第２作動流体を流出させる第２流体通路と、弁室の第２弁座の周りの第２弁口に連通して第３作動流体を流出させる第３流体通路と、弁室に配置されて第１弁座と第２弁座とに交互に離接する弁体と、弁体と連結する軸部と、軸部の移動を案内する案内孔と、案内孔の周囲に設けられたシール手段の収容室と、収容室と第１流体通路とを連通する補助通路と、軸部に連結するソレノイドロッドを作動させて弁体を作動させるソレノイド部とを具備し、第１弁座と弁体が接合した周りの内面で第１作動流体の圧力を受ける第１受圧面積と、収容室内の第３作動流体の圧力を受ける軸部の第３受圧面積とをほぼ同一面積にしたものである。

この本発明の切替弁では、第１流体通路から流入した第１作動流体が作用する弁体の第１受圧面積と、補助通路から流入した第１作動流体が作用するシール手段の収容室内の弁軸における第３受圧面積とをほぼ同面積に構成しているから、第１作動流体によって弁体を第１弁座から開弁する力と、収容室内の圧力により弁体を第１弁座に閉弁する力とは対抗してキャンセルする。このため、ソレノイド部に流れる設定された電流の大きさにより弁体を開弁したり、閉弁したりすることが可能になるので、弁体を開閉するときの応答性に優れる。さらに、弁体が作動流体から受ける力に影響されることなく開閉することができるので、第１流体通路の流体通路断面積と第２流通路の流体通路断面積とを任意の断面積の大きさに設計することが可能になる。このため、類似形状の切替弁で作動流体の流量の大きい大型の切替弁に構成することも可能であり、作動流体の流量の少ない小型の切替弁に構成することも可能になる。また、第１流体通路から第２流体通路へ第１作動流体を流すことができる。さらに、第２流体通路から第３流体通路へ第３作動流体を流すことが可能になる。さらにまた、弁体を弁室の中間に保持すれば第１流体通路から第３流体通路へと第１作動流体を流すことも可能である。このために、小型の切替弁で多数の流通路に構成できる。

図１は、本発明の第１実施例に係わる切替弁の全断面図である。 図２は、図１に示すシールリング収容部とシールリング収容部に配置したシールリングの拡大断面図である。 図３は、本発明の第２実施例に係わる切替弁の要部断面図である。 図４は、本発明のまたは従来例の切替弁を取り付ける冷凍サイクルの配管図である。 図５は、本発明のまたは従来例の切替弁を取り付ける暖房サイクルの配管図である。 図６は、本発明に類似する関連技術の切替弁の全断面図である。

符号の説明

１ 切替弁
２ 弁部
２Ａ バルブハウジング（弁本体）
３ 第1弁座
４ 第２弁座
５ 軸受部
５Ａ 案内孔
５Ｂ 穴周面
５Ｃ 接触面
６ 第1流体通路
６Ａ 第１連通路
７ 第２流体通路
７Ａ 第２連通路
８ 第３流体通路
８Ａ 第３連通路
１０ 弁体
１０Ａ 第１弁面
１０Ｂ 第２弁面
１１ 軸部
１１Ａ 外周面
１４ 弁室
１５ 補助通路
１６ 導入路
１７ 収容室
２０ ソレノイド部
２１ 本体
２２ コイル部
２３ スリーブ
２３Ａ 内周面
２４ 可動吸引子
２４Ａ 外周面
２５ 固定吸引子
２５Ａ 案内面
２６ ソレノイドロッド
２６Ａ 外周摺動面
３０ シールリング（シール手段）
３０Ａ 内周面
３０Ｂ 側面
４２ 第１ばね（第１ばね手段）
４１ 補助ばね（第２ばね手段）
Ｐ１ 第１作動流体
Ｐ２ 第２作動流体
Ｐ２Ａ 第３作動流体
Ｐ３ 第４作動流体

以下、本発明に係わる実施の形態としての切替弁を図面に基づいて詳述する。尚、以下に説明する各図面は、設計図を基にした正確な図面である。

図１は、本発明に係わる第１実施例を示す切替弁１の断面図である。また、図２はシール手段３０を示す収容室１７の領域の部分断面図である。この切替弁は、例えば、図４に示す冷凍サイクル又は図５に示すような暖房サイクルなどを流れる作動流体の切替に適している。図１および図２に於いて、切替弁１には、外形を形成するバルブハウジング（弁本体とも言う）２Ａを設ける。このバルブハウジング２Ａは、軸心に弁室１４を形成する。この弁室１４を中心にして外部から弁室１４に第１作動流体Ｐ１を流入させる第１流体通路６を設ける。第１流体通路６と弁室１４との間は第１連通路６Ａに形成する。第１流体通路６と周方向へ約１８０度廻った位置には、弁室１４と連通する第２流体通路７を設ける。この弁室１４の第１作動流体Ｐ１は、第２流体通路７へ第２作動流体Ｐ２（第１作動流体Ｐ１と同じ作動流体である）として流出する。また、第２流体通路７から第３作動流体Ｐ２Ａ（第２作動流体Ｐ２が流入先で作動した後の作動流体である）として弁室１４へ流入する。さらに、第２流体通路７の位置から周方向へ約１４５度廻った位置に弁室１４と連通する第３流体通路８を設ける。なお、弁室１４と第３流体通路８の間は第３連通路８Ａに形成する。そして、第３作動流体Ｐ２Ａは、第２流体通路７から弁室１４に流入するとともに、弁室１４から第３連通路８Ａを経て第４作動流体Ｐ３として第３流体通路８へ流出する。この各第１流体通路６と第２流体通路７と第３流体通路８のバルブハウジング２Ａにおける位置関係は、上述のように角度を限定するものではなく、円周上で配管しやすいような位置に間隔を置いて配置すればよい。

さらに、バルブハウジング２Ａにおける弁室１４の図示する上部の貫通孔には軸受部５を設ける。この軸受部５の軸心には、案内孔５Ａを形成する。この案内孔５Ａは後述する軸部１１を移動自在に案内する。この案内孔５Ａは、ゴムまたは樹脂材製のスリーブ状の薄い軸受を軸受部５の内周面に嵌着して、軸受部５に軸受けを複合材として形成することもできる。この軸受は、軸部１１を案内するとともに、シール手段を兼ねることができる。つまり、図示省略した上述の軸受は、第１作動流体をシールするとともに、軸部１１も案内する。さらに、バルブハウジング２Ａの軸受部５の図示上端部には、二段の取付穴を設ける。この取付穴にはソレノイド部２０の図示する下部を嵌着する。また、軸受部５の図示の上面には、周面に沿って複数の溝状の切欠部を形成する。さらに、切欠部を設けた軸受部５の外周はバルブハウジング２Ａとソレノイド部２０との結合面間に空間部を形成する。この空間部と切欠部とを導入路１６に形成する。この導入路１６は補助通路１５と通して第１流体通路６と連通させる。つまり、補助通路１５は一端が第１流体通路６に連通すると共に、他端が導入路１６を介して後述するシールリング（シール手段とも言う）３０の収容室１７と連通する。この補助通路１５は、バルブハウジング２Ａに対して軸方向に貫通する孔に形成する。

弁室１４には、第１流体通路６の軸芯と直交する第１連通路６Ａの開口に第１弁口を設ける。第１弁口の周りは第１弁座３である。また、第１弁座３と対向する第３連通路８Ａの開口にも第２弁口を設ける。この第２弁口の周りは第２弁座４である。さらに、弁室１４には弁体１０を配置する。この弁体１０には、第１弁座３と離接して第１弁口を開閉する第１弁面１０Ａを設ける。この第１弁面１０Ａの第１弁座３と密接する内面は第１受圧面積Ａ１である。また、この弁体１０に第２弁座４と離接して第２弁口を開閉する第２弁面１０Ｂを設ける。この第２弁面１０Ｂの第２弁座４と密接する内面は第２受圧面積Ａ１である。そして、弁体１０は弁室１４の内周面と摺動自在に嵌合して第１弁面１０Ａが第１弁座３と着座するときは、第２弁面１０Ｂが第２弁座４と開弁する。反対に、第１弁面１０Ａが第１弁座３と開弁するときは、第２弁面１０Ｂが第２弁座４に着座する。この切替弁１は、３方弁として機能する。つまり、弁体１０が上下に移動すると、第１弁口と第２弁口とが交互に弁口を開閉する構成である。

また、弁体１０の弁室１４と摺動する下方部は、段部を成す小径部に形成して第１連通路６Ａと第２流体通路７とを連通させる通路として第１作動流体Ｐ１を通過させる。また、この小径部の外周に第１ばね４２（第１ばね手段とも言う）を同芯に配置する。この第１ばね４２は、弁体１０を第２弁座４側へ弾発に押圧する。なお、弁体１０の内周面と摺動する大径部（図示する弁体１０の上部）には、軸方向へ貫通する第２連通路７Ａを周方向に沿って複数個に設ける。この第２連通路７Ａは、第２弁座４の第２弁口が開いた時に、第３連通路８Ａと連通する。また、第３連通路８Ａは、第３流体通路８と連通して外部の配管と連通する。さらに、軸受部５は、バルブハウジング２Ａとは別部品として、バルブハウジング２Ａの貫通孔に嵌着しているので、銅合金、焼結合金、樹脂材料を加工して製作することができる。この軸受部５の外周に環状溝を設けて第３連通路８Ａの一部としている。そして、この軸受部５の環状溝内と案内孔５Ａとを貫通孔により連通させて全体を第３連通路８Ａに形成する。この貫通孔は軸受部５の中心から放射状に環状溝内へ達する複数個の孔により形成する。なお、軸受部５を設けることなく、バルブハウジング２Ａに直接加工した案内孔５Ａを設けても良い。この軸受部５に設けた案内孔５Ａの直径寸法（Ａ３の直径）は、軸受部５の内周に設けた第３連通路８Ａの直径（Ａ２の直径）と同径寸法に形成すると良い。そして、バルブハウジング２Ａは、真鍮、銅、アルミニウム、鉄等の金属、合成樹脂材等で製作する。

この軸受部５における案内孔５Ａの図示する上部には、上述したように、シールリング３０（シール手段ともいう）が取り付けられる収容室１７を設ける。図２は、この収容室１７の領域を拡大して示すものである。この収容室１７は、軸受部５の上面に案内孔５Ａの内径寸法より大径寸法にした穴周面５Ｂ内に凹状に形成する（図２参照）。また、シールリング３０の収容室１７は、図２から明らかなように、穴周面５Ｂと、穴底の接触面５Ｃとにより形成する。このシールリング３０の収容室１７には、ゴム材製で断面がＯ形のシールリング３０を装着する。シールリング３０の径方向の一側面３０Ｂは接触面５Ｃに接合させる。また、シールリング３０の内周面３０Ａは、軸部１１の外周面１１Ａに軽く密接させる。

軸部１１はソレノイドロッド２６と連結する。この軸部１１の弁体１０と連結する側の軸は、小径の直径Ｄ２に形成されてソレノイドロッド２６の直径Ｄ３とほぼ同径にする。また、軸部１１の断面積Ａ３は、案内孔５Ａの断面積とほぼ同一面積にするが、軸部１１の直径は案内孔５Ａの直径より０．０５ｍｍ以内の微少な寸法にして摺動できるようにする。その上、シールリング３０により導入路１６から流入した第１作動流体Ｐ１が軸部１１の外周面１１Ａと案内孔５Ａとの嵌合間から弁室１４へ漏洩するのを防止する。なお、この第１作動流体Ｐ１は、ソレノイドロッド２６の外周摺動面２６Ａと固定吸引子２５の案内面２５Ａとの間隙内に流入する。そして、第１作動流体Ｐ１が軸部１１に作用する。この第１作動流体Ｐ１が軸部１１の断面積Ａ３に作用して押し下げる力と、第１作動流体Ｐ１が弁体１０の第１受圧面積Ａ１に作用して上方へ押圧する力とを対抗させて釣り合わせる。なお、軸部１１の断面積Ａ３と弁体１０の第１弁面１０Ａと第１弁座３との接合する第１受圧面積Ａ１とは、ほぼ同一面積である。このとき、シールリング３０の収容室１７の穴周面５Ｂは、シールリング３０が作動流体Ｐ１により押圧されて弾性変形してもシールリング３０の外周面が接触しない大きさにする。このため、シールリング３０の外周面は、第１作動流体Ｐ１の圧力により軸方向へ圧縮されて径方向へ平面状に伸ばされても穴周面５Ｂと圧接合しないから、シールリング３０の外周面側が自由に伸びることができるので内周面３０Ａは軸部１１の外周面１１Ａと強く圧接するのが防止できる。その結果、弁体１０が開閉弁して軸部１１が図示する上下へ移動するときに、シールリング３０との摺動抵抗は小さくなる。

バルブハウジング２Ａの図示する上端部に設けた取付穴には、ソレノイド部２０の本体２１の端部を嵌着する。この本体２１には、有底円筒状のスリーブ２３を同心に設ける。スリーブ２３の外周側には、コイル部２２を装着する。さらに、コイル部２２の外周は、本体２１の内周面に本体２１と固定吸引子２５とが磁界の回路を形成されるように嵌着する。さらに、スリーブ２３の内周面２３Ａの一端側には、可動吸引子２４の外周面２４Ａを移動自在に嵌合する。また、スリーブ２３の内周面２３Ａの他端部は、固定吸引子２５と本体２１とを結合した間に固定する。さらに、可動吸引子２４には、ソレノイドロッド２６の一端部を結合する。さらにまた、ソレノイドロッド２６の他端面を軸部１１の端面に接面する。また、ソレノイドロッド２６の外周摺動面２６Ａは、固定吸引子２５の案内面２５Ａと移動自在に嵌合する。そして、ソレノイド部２０の図示する上部に結線した配線を介して電流がコイル部２２に印加されると、電流の強さに応じて可動吸引子２４が固定吸引子２５に吸引される。また、電流が切れると可動吸引子２４は第１ばね４２により弾発されて固定吸引子２５から離脱する。このようにして、ソレノイド部２０に流れる電流の大きさに応じて可動吸引子２４は、ソレノイドロッド２６と連結する弁体１０を移動して第１弁座３と第２弁座４に対して交互に離接し、交互に第１弁口と第２弁口を開閉する。なお、可動吸引子２４は、補助ばね４１（第２ばね手段とも言う）により弁体１０側へ弾発に押圧されている。

上述のように構成された切替弁１において、ソレノイド部２０に流れる電流が無印加時には、弁部１０はＦ１の力により作動して開弁する。このＦ１は、次の式のような力になる。

Ｆ１＝Ｐ１×Ａ１−Ｐ１×Ａ３＋Ｋ１−Ｋ２となる。
従って、Ａ１＝Ａ３であるから、Ｆ１＝Ｋ１−Ｋ２となる。
ただし、Ａ１は第１受圧面積。
Ｐ１は第１流体通路６から導入される第１作動流体の圧力。
Ａ３は軸部１１の断面積。
Ｋ１は第１ばね４２の力。
Ｋ２は補助ばね４１の力。
また、ソレノイド部２０に電流が印加される場合には、弁部１０はＦ２の力により作動して閉弁する。このＦ２は、次の式のような力になる。
Ｆ２＝Ｐ１×Ａ１−Ｐ１×Ａ３＋Ｋ１−Ｋ２＋Ｓとなる。
従って、Ａ１＝Ａ３であるから、Ｆ２＝Ｋ１−Ｋ２＋Ｓとなる。
ただし、Ｓはソレノイド部２０の吸引力。
このため、弁体１０は作動流体の力を受けることなく作動できる。

図３は本発明に係わる第２実施例の切替弁１の要部を拡大して示す。図３において、切替弁１の全体構成は、図１とほぼ同一である。図３が図１と相違する点は、弁体１０の第２弁面１０Ｂと第２弁座４とが接触する内面の第２受圧面積Ａ２と弁軸の断面積Ａ３と第１受圧面積Ａ１とをほぼ同一面積にしたものである。つまり、弁体１０の第１弁面１０Ａと第１弁座３とが接触した内面の第１受圧面積Ａ１と、弁体１０の第２弁面１０Ｂと第２弁座４とが接触する内面の第２受圧面積Ａ２と、弁軸の断面積Ａ３とをほぼ同一面積にしたものである。なお、図３のその他の構成は図１とほぼ同一構成である。

上述のように構成された切替弁１において、ソレノイド部２０に流れる電流が無印加時には、弁部１０はＦ１の力により作動して開弁する。このＦ１は、次の式に示す力になる。
Ｆ１＝Ｐ１×Ａ１−Ｐ１×Ａ３＋Ｋ１−Ｋ２となる。
従って、Ａ１＝Ａ３であるから、Ｆ１＝Ｋ１−Ｋ２となる。つまり、この項は、第１実施例と同じである。
ただし、Ａ１は第１受圧面積。
Ｐ１は第１流体通路６から導入される第１作動流体の圧力。
Ａ３は軸部１１の断面積。
Ｋ１は第１ばね４２の力。
Ｋ２は補助ばね４１の力。
次に、ソレノイド部２０に電流が印加される場合には、弁部１０はＦ２の力により作動して閉弁する。このＦ２は、次の式に示す力になる。
Ｆ２＝Ｐ１×Ａ１−Ｐ２Ａ×Ａ２＋Ｐ３×Ａ２＋Ｋ１−Ｋ２＋Ｓとなる。
従って、Ａ１＝Ａ２＝Ａ３であり、ＰＡ２＝Ｐ３であるから、Ｆ１＝Ｋ１−Ｋ２＋Ｓとなる。
ただし、Ｓはソレノイド部２０の吸引力。
このため、弁体１０は作動流体の力を受けることなく作動できる。

上述のように構成された切替弁１は、弁体１０と軸部１１とを連結するとともに、ソレノイドロッド２６と軸部１１とを接面して弁体１０を作動させる。仮に、この弁体１０の開閉時に、弁体１０に第１作動流体Ｐ１が作用すると、弁体１０をソレノイド部２０側へ押圧することになる。この弁体１０に第１作動流体Ｐ１の不釣り合いの作用力が作用するときは、ソレノイド部２０に流れる電流の大きさにより作動させる力を不正確にする恐れがある。また、設定された第１ばね４２と補助ばね４１の力にも影響を与える恐れがある。このため、本発明では第１作動流体Ｐ１を弁体１０とは反対の軸部１１の端面にも作用させて第１作動流体Ｐ１が弁体１０に作用する力とキャンセルできるようにする。同時に、収容室１７とシールリング３０との構成により第１作動流体Ｐ１が軸部１１と案内孔５Ａとの嵌合間に漏洩するのを防止するとともに、シールリング３０の軸部１１との摺動抵抗も低減することができる。その結果、弁体１０の開閉は、ソレノイド部２０の吸引力、第１ばね４２および補助ばね４１の各ばね力によって作動することが可能になる。このため、ソレノイド部２０および各ばね４１，４２の作動力により、作動流体の不要な圧力を受けることなく、弁体１０の開閉を設定通りに作動させることが期待できる。特に、弁体１０の開閉時に作動流体が弁体１０に作用して不具合にする不要な圧力や、弁部１１を作動させるときの摺動抵抗を小さくできるので、ソレノイド部２０の吸引力は、コイル部２２に流れる電流の大きさ（強さ）に比例して作動させることができる効果を奏する。

以下、本発明に係わる他の実施態様の発明について、その構成と作用効果を説明する。

本発明に係わる第１発明の切替弁は、弁体の第１受圧面積と、軸部の第３受圧面積と、第２弁座と弁体の第２弁面が接合する周りの内面で第３作動流体の圧力を受ける第２受圧面積とをほぼ同一面積にしたものである。

この第１発明の切替弁によれば、第１弁座に弁体が接合して第１作動流体の圧力を受ける第１受圧面積と、収容室に内在する弁軸の第３受圧面積と、第２弁座に弁体が接合して第３作動流体の圧力を受ける第２受圧面積とをほぼ同一面積に構成したので、弁軸の第３受圧面積と弁体の第１受圧面積とに作用する作動流体の圧力による軸方向の力は対抗してキャンセルされる。また、第２受圧面積における軸の上下方向に作用する作動流体の力は対抗してキャンセルする。つまり、弁体および軸部に作用する作動流体のすべての力は軸方向で対抗してバランスする。このため、弁体はソレノイド部の作動力または弁体を作動させるばね手段のみの力で作動させることができる。その結果、設定された作動する力により弁体の作動時の開閉の応答能力に優れる。

本発明に係わる第２発明の切替弁は、ソレノイド部が弁体を第１弁座に閉弁させる吸引力に対抗して弁体を第１弁座から開弁する第１ばね手段と、第１ばね手段に対向する第２ばね手段を有するものである。

この第２発明の切替弁によれば、ソレノイド部による作動力のみで弁体を作動すると、この作動力が小さい範囲では、外力により弁体が振動することがある。しかし、弁体と弁軸において、第１ばね手段と第２ばね手段を対抗させることにより、弁体の振動や揺動が防止できる効果を奏する。このため、乗り物等における空調機や振動する装置に取り付けることを可能にする。

本発明に係わる第３発明の切替弁は、軸部の弁体に連結する側の外径寸法をソレノイドロッドの外径寸法とほぼ同一寸法にしたものである。

この第３発明の切替弁によれば、弁軸の弁体に連結する外径を弁軸用の案内孔の内径寸法より細い外径寸法にして第３流体通路と弁室との境に第２弁口を形成したものであるから、第２流体通路と第３流体通路とを弁体を介して連通させることが可能になる。そして、軸部と嵌合して案内する案内孔を軸受に適した材料からなる軸受部に設けることも可能になるので、軸受部と軸部とのかじりや摩耗を防止して弁本体を安価な材料で製作することが可能になる。同時に、第３流通路の加工が容易になるとともに、軸部の外周側に形成した連通路により第２流体通路と第３流体通路とを連通することが可能になる。そして、第１弁座と第２弁座とを弁体を介して対向した構成にできる。

本発明に係わる第４発明の切替弁は、収容室に設けられるシール手段が軸部と圧接しないようにしてシールするものである。

この第４発明の切替弁では、収容室に設けられるシール手段が作動流体の圧力により弁軸と圧接しないように構成されているので、軸部の移動時の摺動抵抗を小さくして、ソレノイド部に流れる電流が小さいときでも、弁体を電流の強さに応じてスムーズに開閉弁することが可能になる。このため、弁体の開閉の応答性が向上する。

以上のように、本発明の切替弁は、空気機械、圧縮機等の流体回路の切替弁として用いられて開閉弁の応答性の向上と安価な製品として有用である。特に、作動流体の不釣り合いの圧力を受けないようにして作動する弁体に構成し、作動する弁体の応答性に優れた能力を発揮する切替弁として有用である。また、流体通路を任意の大きさに製作可能にして製作コストを低減できる大型、または小型の切替弁として有用である。

Claims (9)

1. 流入流体通路と流出流体通路とに連通する弁室を切り替える切替弁であって、
   第１弁座と前記第１弁座と対向する第２弁座とを有する弁室と、
   前記弁室の前記第１弁座の周りの第１弁口に連通して作用流体を流入させる第１流体通路と、
   前記弁室に連通して作用流体を流出または流入させる第２流体通路と、
   前記弁室の前記第２弁座の周りの第２弁口に連通して作用流体を流出させる第３流体通路と、
   前記弁室に配置されて前記第１弁座と前記第２弁座とに交互に離接する弁体と、
   前記弁体と連結する軸部と、
   前記軸部の移動を案内する案内孔と、
   前記案内孔の周囲に設けられたシール手段の収容室と、
   前記収容室と前記第１流体通路とを連通する補助通路と、
   前記軸部に連結してソレノイドロッドを作動させるソレノイド部と、を具備し、
   前記第１弁座と前記弁体が接合した周りの内面で作動流体の圧力を受ける第１受圧面積と、
   前記収容室内の作動流体の圧力を受ける前記軸部の第３受圧面積とをほぼ同一面積にした切替弁。
2. 前記弁体の前記第１受圧面積と、前記軸部の前記第３受圧面積と、前記第２弁座と前記弁体の第２弁面が接合する周りの内面で第２作動流体の圧力を受ける第２受圧面積とをほぼ同一面積にしたことを特徴とする請求項１に記載の切替弁。
3. 前記ソレノイド部が前記弁体を前記第１弁座に閉弁させる吸引力に対抗して前記弁体を前記第１弁座から開弁する第１ばね手段と、前記第１ばね手段に対向する第２ばね手段を有することを特徴とする請求項１に記載の切替弁。
4. 前記ソレノイド部が前記弁体を前記第１弁座に閉弁させる吸引力に対抗して前記弁体を前記第１弁座から開弁する第１ばね手段と、前記第１ばね手段に対向する第２ばね手段を有することを特徴とする請求項２に記載の切替弁。
5. 前記軸部の前記弁体に連結する側の外径寸法を前記ソレノイドロッドの外径寸法とほぼ同一寸法にしたことを特徴とする請求項１に記載の切替弁。
6. 前記軸部の前記弁体に連結する側の外径寸法を前記ソレノイドロッドの外径寸法とほぼ同一寸法にしたことを特徴とする請求項２に記載の切替弁。
7. 前記軸部の前記弁体に連結する側の外径寸法を前記ソレノイドロッドの外径寸法とほぼ同一寸法にしたことを特徴とする請求項３に記載の切替弁。
8. 前記軸部の前記弁体に連結する側の外径寸法を前記ソレノイドロッドの外径寸法とほぼ同一寸法にしたことを特徴とする請求項４に記載の切替弁。
9. 前記収容室に設けられる前記シール手段が前記軸部と圧接しないようにしてシールすることを特徴とする請求項１に記載の切替弁。
   
   

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