(57)【要約】【課題】主弁による切換えを行うことに起因した冷媒流動音の発生を抑えるとともに、弁位置のずれを防止し、更に配管作業性が良好で作動流体中の潤滑オイルがモータ部に滞留することのない四方切換弁を提供する。【解決手段】四方切換弁１のステッピングモータを構成するロータ４０内に、遊星歯車機構１４０を配設しており、ロータの回転が副弁６０や主弁７０に大幅に減速されて伝達される。副弁６０や主弁７０は緩やかに開弁するので、切換え時の冷媒流動音が抑えられる。副弁６０や主弁７０の回動には充分なトルクが得られ、駆動部をコンパクトに構成すことができる。更に、主弁７０の停止時にモータの特性に起因してロータ４０が反転回転したとしても、ロータ４０の反転回転量は減速比分だけ減じられ、また遊星歯車機構１４０内に存在するバックラッシュ分で吸収されるので、主弁７０の弁位置の位置ずれが起きないため、冷媒の漏れを防止することができる。【選択図】図１
2010084940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータとロータからなるモータ部と、
圧縮機の吐出圧力側に連通する弁室が形成されている弁本体と、
前記弁室に設けられており前記圧縮機の吸入圧力側に連通する吸入圧力導通孔と室内及び室外の各熱交換器にそれぞれ連通する二つの導通孔とが形成されている弁座と、
前記吸入圧力導通孔と前記二つの導通孔に選択的に連通される連通部及び該連通部と前記弁室とを連通する均圧孔が形成されている主弁と、
前記モータ部の前記ロータの回転によって前記主弁上で回動して前記均圧孔を開閉し、当該回動の限界で前記主弁と係合しその後の前記ロータの更なる回転で前記主弁を前記弁座上で摺動させて前記連通部を前記二つの導通孔に選択的に切り換える副弁と、
を備えた四方切換弁において、
前記ロータの内部に、当該ロータの回転を減速させて前記副弁を駆動する減速機構を配設し、前記モータ部を前記弁本体に上向き又は斜め上向きに配置するとともに前記弁本体において前記弁座、前記主弁及び前記副弁が横に並ぶように前記弁室を横向きに配置し、前記モータ部の前記ロータの回転方向を横方向に変換して前記副弁を駆動する
ことを特徴とする四方切換弁。
【請求項２】
前記モータ部はステッピングモータを構成していることを特徴とする請求項１記載の四方切換弁。
【請求項３】
前記減速機構は、前記ロータの回転が入力されるサンギア、前記サンギアと同心に配置されたリングギア、及びキャリアに回転自在に支持されており前記サンギアと前記リングギアとに噛み合う遊星ギアを備え前記キャリアに設けられている出力軸の減速回転によって前記副弁を駆動する遊星歯車機構、又は前記ロータの回転が入力されるサンギア、前記サンギアと同心に配置されたリングギア、キャリアに回転自在に支持されており前記サンギアと前記リングギアとに噛み合う遊星ギア、及び前記遊星ギアに噛み合い且つ前記リングギアの歯数と僅かに相違する歯数を有する出力ギアを備え前記出力ギアに設けられている出力軸の減速回転によって前記副弁を駆動する不思議歯車機構であることを特徴とする請求項１又は２記載の四方切換弁。
【請求項４】
前記弁座は、前記主弁の回動範囲を規制する主弁ストッパを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の四方切換弁。
【請求項５】
前記弁本体は本体ケースと当該本体ケースが密封的に固定されている弁本体部とから構成されており、前記弁室は前記本体ケースと前記弁本体部とによって形成されており、前記ステータは前記本体ケースの外側に配置され、前記ロータは前記本体ケースの内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の四方切換弁。
【請求項６】
前記弁本体はアルミニウム製であり、前記弁本体に取り付けられて前記弁座を形成する弁シート部をステンレス製又は樹脂製としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の四方切換弁。
【請求項７】
前記弁本体において、前記圧縮機の前記吐出圧力側に接続される高圧側配管接続部を前記弁本体に上向きに配置するとともに前記圧縮機の前記吸入圧力側に接続される低圧側配管接続部と前記室内及び室外の各熱交換器にそれぞれ接続される配管接続部とを横向きに配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の四方切換弁。
【請求項８】
前記弁本体において、前記圧縮機の前記吐出圧力側に接続される高圧側配管接続部と、前記圧縮機の前記吸入圧力側に接続される低圧側配管接続部と、前記室内及び室外の各熱交換器にそれぞれに接続される二つの配管接続部とを横向きに配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の四方切換弁。
【請求項９】
前記減速機構の減速回転を前記副弁に伝達するため、前記減速機構の前記出力軸に対して同軸状に連結されているとともに前記副弁と歯車係合する駆動軸が設けられており、更に前記駆動軸は、当該駆動軸と交差配置され前記弁本体に支持されている横駆動軸と連結されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の四方切換弁。
【請求項１０】
前記横駆動軸は、前記主弁を貫通して前記主弁の前記弁座上での摺動を案内していることを特徴とする請求項９記載の四方切換弁。
【請求項１１】
前記主弁と前記横駆動軸との間には、前記主弁を前記弁座に向かって付勢するばねが介装されていることを特徴とする請求項９又は１０記載の四方切換弁。
【請求項１２】
前記モータ部の前記ロータの回転が出力される前記駆動軸を縦駆動軸とし、当該縦駆動軸の回転方向を傘歯車で直角に変換して前記横駆動軸を駆動することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載の四方切換弁。
【請求項１３】
駆動側の前記傘歯車のピッチ円径よりも被駆動側の前記傘歯車のピッチ円径を大径としたことを特徴とする請求項１２記載の四方切換弁。
【請求項１４】
前記弁本体に対して上斜め向きに配置された前記モータ部の前記ロータの回転を、自在継手を介して横方向に変換して前記副弁を駆動することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の四方切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、四方切換弁に係り、特に、主弁に吐出圧力の逃がし弁を副弁として備えたロータリ式の四方切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ルームエアコン等に用いられる空気調和機は、冷媒の流れる方向を切換えて、冷房運転又は暖房運転を季節に応じて行うことができ、前記冷媒の流れ方向の切換えは、切換弁によって行われている。図２０は、前記切換弁を用いた空気調和機の冷暖房サイクルの一例を示したものである。該サイクルには、圧縮機Ｃと、切換弁ＳＶと、熱交換器Ｅと、電子リニア制御弁Ｔとが接続され、冷房運転時の冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機Ｃ、切換弁ＳＶ、室外熱交換器Ｅ１、電子リニア制御弁Ｔ、室内熱交換器Ｅ２の順に流れ、切換弁ＳＶを経て、再び圧縮機Ｃに戻って循環する。一方、暖房運転時の冷媒は、一点鎖線矢印で示すように、圧縮機Ｃ、切換弁ＳＶ、室内熱交換器Ｅ２、電子リニア制御弁Ｔ、室外熱交換器Ｅ１の順に流れ、切換弁ＳＶを経て、再び圧縮機Ｃに戻って循環するものである。
【０００３】
ここで、前記切換弁の一例として、本出願人は、冷媒流路の切換え動作の容易性及び敏捷性の向上を図るとともに切換弁の信頼性の向上を図り、更に、切換弁の構成の簡素化が可能で製品コストを低減させるロータリ式四方切換弁の技術を提案している（特許文献１参照）。この四方切換弁は、ステータとロータからなるモータ部と、ケースと該ケース内の弁室に配置された主弁と弁座からなる本体部とを備えた四方切換弁であって、弁座は、圧縮機の吸入圧力側と吐出圧力側とにそれぞれ連通する吸入圧力導通孔と吐出圧力導通孔と、室内及び室外の各熱交換器にそれぞれ連通する二つの導通孔とを備えている。また、主弁は、吸入圧力導通孔と二つの導通孔に選択的に連通する連通部と、該連通部と弁室とを連通する均圧孔とを備えている。ロータを構成するロータスリーブは、均圧孔を開閉して圧力の移動を図る副弁と、主弁の位置を移動させる作動ピンとを備え、モータ部のロータの回転によって、副弁を主弁上で回動させるとともに、作動ピンを介して主弁を弁座上で摺動させてなる。
【０００４】
この四方切換弁によれば、主弁の上面に副弁を設け、モータ部の入力パルスによって、副弁を主弁上で回動させた後に主弁を弁座上で回動させるので、弁室と連通部との圧力の均衡を図った後に主弁の位置切換え動作を行って冷媒の流れの切換えを行うことができ、弾性部材を用いて主弁を回動させる場合に比して冷媒の流路の切換え動作を容易且つ迅速に行うことができ、更に、四方切換弁の信頼性の向上を図っている。また、副弁は、ロータと主弁との間に位置し、主弁上に載置され、上面側押しばねによって主弁方向に付勢されるとともに、ロータと一体に回転し、連通部と弁室との圧力差をなくす逃がし弁として機能するので、冷媒流路の切換え動作を迅速に行うことを可能にして可動部品点数を減らして四方切換弁の製品コストの低減を図っている。更に、ストッパ当接部及び主弁ストッパが、それ自身の磁力によってその当接状態が保持される場合には、弁座に対する主弁の切換え位置を振動に対しても確実に保持することができ、四方切換弁に対する信頼性の一層の向上を図ることができる。
【特許文献１】特開２００１−２９５９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の形式の四方切換弁においては、ロータの回転によって主弁の位置が切り換えられるが、主弁による切換えが急速に行われると冷媒流動音が生じることがある。また、主弁の切換え終了後、ロータの回転によって主弁はストッパに当接し停止する。この場合、ロータは直ちに回転を停止できず、主弁の弁軸を過剰に回そうとすることがある。この時、主弁がストッパに当接して回れないので、ステッピングモータの構造に由来して逆にロータの反転回転を生じ、それに起因して、ロータの反転量だけ主弁の弁位置がずれを起こすことがある。主弁が位置ずれを生じた場合、主弁とポートの位置が合致せず、弁漏れを発生する。また、圧縮機や室内室外の熱交換器に接続する配管を四方切換弁の下方に繋ぐ場合には、四方切換弁の周囲の取り付け環境から配管作業が困難になることがある。更に、モータ部が切換弁の下側を占めると、作動流体（冷媒）中の潤滑オイルがモータ部に滞留し冷凍サイクルの圧縮機の作動に悪影響が及ぶことがある。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、主弁切換え動作に起因した冷媒流動音の発生が少なく、弁位置のずれを防止することができるとともに、車載用として小型軽量化に適しており．更に圧縮機や室内室外の熱交換器に接続する配管作業性が良好であり、モータ部に作動流体（冷媒）中の潤滑オイルが滞留することがなく冷凍サイクルの圧縮機の作動に悪影響が及ぶことのないロータリ式の四方切換弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、この発明による四方切換弁は、
ステータとロータからなるモータ部と、圧縮機の吐出圧力側に連通する弁室が形成されている弁本体と、前記弁室に設けられており前記圧縮機の吸入圧力側に連通する吸入圧力導通孔と室内及び室外の各熱交換器にそれぞれ連通する二つの導通孔とが形成されている弁座と、前記吸入圧力導通孔と前記二つの導通孔に選択的に連通される連通部及び該連通部と前記弁室とを連通する均圧孔が形成されている主弁と、前記モータ部の前記ロータの回転によって前記主弁上で回動して前記均圧孔を開閉し、当該回動の限界で前記主弁と係合しその後の前記ロータの更なる回転で前記主弁を前記弁座上で摺動させて前記連通部を前記二つの導通孔に選択的に切り換える副弁と、を備えた四方切換弁において、前記ロータの内部に、当該ロータの回転を減速させて前記副弁を駆動する減速機構を配設し、前記モータ部を前記弁本体に上向き又は斜め上向きに配置するとともに前記弁本体において前記弁座、前記主弁及び前記副弁が横に並ぶように前記弁室を横向きに配置し、前記モータ部の前記ロータの回転方向を横方向に変換して前記副弁を駆動することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、上記のようにロータ内に減速機構を配設して構成されており、ロータの回転を副弁や主弁に伝達する駆動部が減速機構を用いているので、ロータリ式の四方切換弁の小型軽量化が図れるとともに、副弁や主弁の作動速度が減速されており、副弁や主弁を開ける際に緩やかに開弁することができ、冷媒流動音が抑えられ静かに切換ることができる。また、副弁や主弁の回動には充分なトルクが得られるとともに、弁室内に減速機構を設けることもないので主弁や副弁のための駆動部をコンパクトに構成することができる。更に、減速機構によって減速した駆動力で主弁を駆動しているので、主弁の停止時にモータの特性に起因してロータが反転回転したとしても、ロータの反転回転量は減速比分だけ減じられ、また減速機構内に存在するバックラッシュ分で吸収されることもあり、主弁の弁位置に与える影響は極めて少なくなる。したがって、主弁の位置ずれが起きないため、閉じ切らない位置で停止することによる漏れを防止することができる。また、弁室を横向きに配置しているので、圧縮機や室内室外の熱交換器に接続する配管作業が上方又は横方からに限られることになり、配管作業性が良好になる。更に、モータ部は切換弁の上方に位置しているので、作動流体（冷媒）中の潤滑オイルがモータ部内に滞留することがなく冷凍サイクルの圧縮機の作動に悪影響が及ぶこともない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて本発明によるロータリ式四方切換弁の実施形態について説明する。図１乃至図６は、本発明のロータリ式四方切換弁の第１の実施形態を示すもので、図１はそのモータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図であり、図１（ａ）はモータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図、図１（ｂ）は副弁６０とその付近を拡大した断面図である。図２は、図１（ａ）の右側面図、図３は図１（ａ）に示す四方切換弁を階段状の円柱面Ａ−Ａで切断した断面図、図４は図３と同様の断面図であって主弁の切換え位置が変更された断面図、図５は図１（ａ）に示す四方切換弁を平面Ｂ−Ｂで切断した断面図、図６は図５と同様の断面図であって主弁の切換え位置が変更された断面図である。図５及び図６は、それぞれ、図３又は図４に示す主弁の切換え位置に対応している。
【００１０】
第１の実施形態の四方切換弁１は、特に車載用のロータリ式四方切換弁として案出されたものであり、車載用として求められる小型化・軽量化を実現したものである。この四方切換弁１は、ステッピングモータを備えたモータ部１０と、主弁７０を備えた本体部５０とを備えている。ステッピングモータの通電に伴って主弁７０が弁座８０上を回動することにより、四方切換弁１を通る冷媒流路の切換えが行われる。モータ部１０は、ステータ２０と、ロータ４０とから構成されており、ステータ２０は、上下に格納されたステータコイル２１及びヨーク２２を備え、ステータコイル２１にはリード線が束ねられたケーブル２３及びステータ２０の外周に設けられたコネクタ２４が接続されている。
【００１１】
弁本体５０には、その側面部において本体ケース５１が横置状態に設けられている。本体ケース５１の弁本体５０と反対側の横端部には、その上側において、ケースの一部となるキャン３０が、有底頂部を上向きとした姿勢で且つ気密状態に固定されている。モータ部１０のステータ２０はキャン３０に対して外嵌されており、モータ部１０のロータ４０は、キャン３０に対して内嵌されていて、且つキャン３０内に回転自在に支持されている。弁本体５０においては、弁座８０、主弁７０及び副弁６０が横に並ぶように、弁室７３は横向きに配置されている。また、弁本体５０には後述する導管群が設けられている。
【００１２】
ロータ４０の内部には、遊星歯車機構１４０が収容されている。遊星歯車機構１４０の減速された回転出力が主弁７０や副弁６０のための駆動軸４７に伝達される。遊星歯車機構１４０の構造の詳細については後述するが、不思議歯車機構を採用することで、ロータ４０の回転を例えば５０分の１という大きな減速比で減じて出力することができる。
【００１３】
モータ部１０に縦配置された駆動軸４７の下端に固定されている駆動歯車部４７ａを傘歯車とし、これを弁本体５０の横駆動軸（支持軸）４３に固定された傘歯車４３ａに噛合させている。また、横駆動軸４３に固定された平歯車４３ｂを副弁６０に噛合させている。モータ部１０のロータ４０の回転が出力される駆動軸４７の回転は、駆動軸４７の傘歯車４７ａと横配置されている横駆動軸４３の傘歯車４３ａとを介して回転力伝達方向が直角に変換されて横駆動軸４３に伝達され、更に横駆動軸４３上の平歯車４８を介して副弁６０を駆動している。横駆動軸４３は、一端部においては本体ケース５１に対して、また他端部は弁座８０を形成する弁シート部５９を貫通して弁本体５０に対して、それぞれ軸受を介して回転可能に支持されている。また、支持軸４３の中間部は後述の主弁７０を相対回転自在に貫通している。したがって、主弁７０は横駆動軸４３を中心として回転する。横駆動軸４３は、その周りで且つ主弁７０上の間のばね受４５との間に縮装された押しばね４６により弾性的に横方に付勢されており、主弁７０はその反作用によって弁座８０に向かって付勢されている。
【００１４】
キャン３０は、その下部において筒状軸受１５０に固定されており、筒状軸受１５０は、弁本体の一部である本体ケース５１に対してシール部材を介在させた状態でかしめによって固定されている。更に、本体ケース５１の側部は弁本体５０に溶接によって接合されており、その結果、キャン３０、本体ケース５１及び弁本体５０は一体に固定されている。弁本体５０の本体ケース５１側の側面には弁シート部５９が嵌着されており、本体ケース５１の内面と弁シート部５９の上面とで囲まれる空所として弁室７３が横置き状態に形成されている。弁シート部５９の側面は横置きされた弁室７３の底面となっている。
【００１５】
図１（ａ）及び図２に示すように、弁本体５０には、本体ケース５１において、その上部に吐出圧力導通孔５５が上向きに設けられている。吐出圧力導通孔５５は、圧縮機Ｃ（図２０）の吐出圧力側に接続される高圧側配管接続部（ポート）とされ、圧縮機Ｃの吐出圧力を弁室７３に導入している。弁本体５０の本体ケース５１とは反対側の側部には、圧縮機Ｃの低圧側吸入圧力側に接続されて当該吸入圧力を導入する配管接続部となる吸込圧力導通孔５４、室内及び室外の熱交換器にそれぞれ連通される配管接続部となるコンデンサ側の室外熱交換器用導通孔５６及びエバポレータ側の室内熱交換器用導通孔５７（図２〜図６参照）が弁座８０に接続するように横向きに設けられている。図５、図６に示すように、吸入圧力導通孔５４及び吐出圧力導通孔５５は、支持軸４３の中心軸線を挟んで両側位置に設けられているとともに、室外熱交換器用導通孔５６及び室内熱交換器用導通孔５７は、吸入圧力導通孔５４と吐出圧力導通孔５５との各孔中心線を結ぶ面に対してその対称位置で、且つ吸入圧力導通孔５４と吐出圧力導通孔５５とから所定角度位置を異にした位置にそれぞれ設けられている。
【００１６】
図示しない導管群は、吸入圧力導通孔５４に接続される吸入圧力導通管と、吐出圧力導通孔５５に接続される吐出圧力導通管と、室外熱交換器用導通孔５６に接続される室外熱交換器用導通管と、室内熱交換器用導通孔５７に接続される室内交換機用導通管の四本からなり、吐出圧力導通孔５５が弁本体５０の上方に開いて形成されている外は、他の導通管は弁本体５０の側方にそれぞれ接続固定される。モータ部１０の姿勢と各配管接続部の配置を上記のようにすることにより、弁本体５０の各導通孔５４〜５７に対する配管作業が弁室７３の上方と横方とになって弁室７３下方での配管作業が無くなるので、配管接続の作業性が向上する。これに加えて、モータ部１０は上向きのままであるから、作動流体（冷媒）に含まれる潤滑油がモータ部１０に滞留することがなく、冷凍サイクルのコンプレッサの作動に悪影響が及ぶのを回避することができる。
【００１７】
主弁７０は、弁室７３に収容されており、支持軸４３の回りに回転可能に且つ弁シート部５９のシート面を摺動可能に載置されている。主弁７０は、図３〜図６に示すように、平面視左右対称の蝶の羽根形で、一定高さ（弁シート部５９のシート面から見た高さ）を有し、その中心部には支持軸４３が挿通される軸孔が穿設されている。図５、図６に示されているように、主弁７０の下面には、１つの弧状の曲がり通路に形成された連通部７４が開いて形成されており、連通部７４の周部は弁シート部５９上面への当接部、即ち、弁本体当接部７８となっている。弁本体当接部７８は、弁室７３内と連通部７４内との間で流体が直接的に漏れないように弁シート部５９に密封状に当接している。
【００１８】
図３及び図５に示す状態では、主弁７０が一方のストッパ８１に当接した一方の切換え位置に達しており、連通部７４は吸込圧力導通孔５４と室内熱交換器（エバポレータ）用の導通孔５７とを連通させている。また、この切換え位置においては、吐出圧力導通孔５５と室外熱交換器（コンデンサ）用の導通孔５６とが弁室７３を通じて連通している。図４及び図６は、主弁７０が図３及び図５に示す状態から反時計方向に回転して、主弁７０が他方のストッパ８２に当接した他方の切換え位置に達した状態を示している。この切換え位置においては、連通部７４が吸込圧力導通孔５４と室外熱交換器用の導通孔５６とを連通させ、吐出圧力導通孔５５と室内熱交換器用の導通孔５７とを弁室７３を通じて連通させている。
【００１９】
更に、図１（ｂ）に拡大して示すように、主弁７０には、連通部７４と弁室７３とを連通する均圧孔７７が穿設されている。均圧孔７７は、これを開としたとき、高圧側の弁室７３から低圧側の連通部７４への冷媒の流れにより、弁室７３と連通部７４との流体圧が近似することになり、主弁７０を弁シート部（弁座）５９に押し付ける力が小さくなる（又は殆ど無くなる）。したがって、主弁７０を回動させたときに、主弁７０の回動がスムースに成り、その結果、冷媒の切り換えが円滑、迅速、且つ容易になる。
【００２０】
また、主弁７０の上面（横置きであるので、図では側面であるが説明上、上面という。以下、同様）には、主弁連動ピン７２が立設されており、主弁連動ピン７２は、後述の副弁６０に形成された曲孔６４に遊嵌されている。即ち、主弁連動ピン７２が曲孔６４内を遊動している間は、副弁６０は主弁７０に回転力を付与しないが、主弁連動ピン７２が曲孔６４の端部に当接しその状態で更に副弁６０が回転するときは、曲孔６４の端壁が主弁連動ピン７２を押すことになり、主弁７０が共動して回転する。
【００２１】
主弁７０の上面には副弁６０が配置されている。副弁６０は、主弁７０を回転・駆動する作用と共に、主弁７０に形成されている均圧孔７７を開閉し、以って、主弁７０に形成されている連通部７４と本体ケース５１内の弁室７３との間を連通又は閉鎖して圧力の移動・遮断を図り、弁本体５０に対する主弁７０の押圧力を調整する作用を有する弁である。図１（ｂ）に示すように、副弁６０は、一定厚みを有しており、平面視円形でその外周部に歯が形成された受動歯車部６２の歯車本体内に収容されており、ばね６５によって主弁７０に対して均圧孔７７を閉じる方向に付勢されている。また、その中央部には回転軸孔６１が穿設され、主弁７０の上面に立設された回転軸７１に軸支される。駆動軸４７及び横駆動軸４３にそれぞれ設けられている傘歯車４７ａと傘歯車４３ａの歯数、及び横駆動軸４３上の平歯車４８と副弁６０の受動歯車部６２の歯数の比を適宜選択することで、受動歯車部６２側のトルクを増幅させるように設定することができる。なお、副弁６０と主弁７０のいずれか又は両方の当接面には、回転抵抗を低減させるために、テフロン（登録商標）含有樹脂やテフロン含有の表面処理した金属などを用いることが好ましい。
【００２２】
副弁６０は、駆動軸４７の回転により主弁７０上で回転し、所定角度以上の回転においては支持軸４３を中心に主弁７０を回転させる機能を有すると共に、均圧孔７７を開閉させる機能を有する。そのために、副弁６０には、その周部において一定範囲にわたって曲孔６４が形成されると共に、曲孔６４の左右端位置に対応してそれぞれ均圧孔閉塞部６３ａ，６３ｂが設けられている。この実施例では、均圧孔閉塞部６３ａ，６３ｂは、副弁６０に形成された孔に別部材として嵌合・固定されていることから、均圧孔閉塞部６３ａ，６３ｂの着脱・交換が可能となっている。
【００２３】
四方切換弁１を車載用として用いる場合、搭載用として求められる重要事項は小型・軽量であることである。ロータ４０の回転を減速して出力軸に出力する減速機構としてロータ４０の内部に収容される遊星歯車機構１４０を用いることで、遊星歯車機構１４０は大きな減速比を有しながら小型・軽量となり、搭載用として求められる条件を満足する。また、遊星歯車機構１４０は小型であるにも拘わらず、高精細な弁開度制御が達成される。また、弁本体５０及び本体ケース５１をアルミニウム材で形成することにより、四方切換弁１の全体重量の更なる軽量化を図ることができる。
【００２４】
四方切換弁１には、圧縮機から吐出される高温の媒体と圧縮機へ吸い込まれる低温の媒体とが同時に通過する。弁本体５０及び本体ケース５１を樹脂製にすると、四方切換弁１の軽量化を図ることができても、耐圧強度が十分ではなく、本体全体を樹脂化するのは難しい。また、本体をステンレスのような丈夫な素材で製作すると、耐圧強度を確保することができても、切換弁として重量が増し、車載等には向かなくなるとともに、コスト高となる。車載用として好適であるようにするために、弁本体５０等をアルミニウム材で製作することにより、充分な耐圧強度を確保するとともに切換弁の軽量化を図っている。ただし、アルミニウム材は、弁体が繰り返し衝突する場合には変形等を生じるとともに、熱伝達率が良いために熱を伝え易い。圧縮機等からの高温高圧の流体とエバポレータ等からの低温低圧の流体とが、同じ切換弁を通過するので、熱伝導によるロスが発生する。したがって、弁シート部材５９としては、アルミニウム材よりも熱伝達率の低いステンレス製若しくは樹脂製とすることによって、切換弁における熱損失ができるだけ少なくなるようにしてある。
【００２５】
以下、遊星歯車機構１４０について説明をする。図７は遊星歯車機構１４０を内蔵するモータ駆動部の概略を示す断面図である。ステータ２０は、上記のように、気密容器である有頂円筒状のキャン３０の外周部に配設されており且つボビンに巻き付けられたコイルが樹脂と一体にモールドされたモータ励磁装置である。キャン３０の内部には、ステータ２０によって回転駆動される永久磁石型のロータ組立体１０８が回転自在に支持されている。ステータ２０とロータ組立体１０８とは電動モータの一例としてのステッピングモータを構成している。
【００２６】
ロータ組立体１０８の回転を減速する遊星歯車機構（以下、「減速機構」と略す）１４０は、ロータ組立体１０８と一体のサンギア１４１と、キャリア１４２に回転自在に支持され且つサンギア１４１と噛み合う複数の遊星ギア１４３と、弁本体５０側に固定支持されており且つ遊星ギア１４３の一部と噛み合うリングギア１４４と、リングギア１４４の歯数と僅かに歯数が異なる出力内歯ギア１４５とを備えている。減速機構１４０によって減速されたロータ組立体１０８の回転は、出力ギア１４５を介してドライバ１４６に伝達される。以下、図７〜図１３を参照して、減速機構１４０について詳細に説明する。
【００２７】
図８は、シャフト２０１とロータ組立体１０８の詳細を示す図であり、図８（ａ）はシャフト２０１の正面図、図８（ｂ）はロータ組立体１０８の縦断面図である。ステッピングモータの永久磁石型のロータ組立体１０８は、キャン３０の内部においてシャフト２０１によって回転自在に配設されている。ロータ組立体１０８は、磁性材料を含有するプラスチック材料によって有頂筒状に形成され、周壁としての筒体２０２と中央に配設されるサンギア部材２０４とが一体に成型されている。サンギア部材２０４には、中心に垂直下方に延びると共にシャフト２０１のための貫通孔２０３を有するボス２０５が設けられている。ボス２０５の外側には減速機構１４０の一構成要素であるサンギア１４１が形成されている。
【００２８】
図９は、減速機構１４０を構成するギアケース２２０の詳細を示す図であって、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は断面図である。ギアケース２２０は、円筒状の部材であり、下部が弁本体５０側（図１参照）の上部に嵌合されている。ギアケース２２０の上端縁２２１から上方に突出して形成されている４本の舌片２２２は、先端２２２ａが根元２２２ｂに比べて幅が広い逆テーパ状に形成されており、その両側縁部にアンダーカット部が形成されている。この舌片２２２ａを図１４に示すリングギア１４４の凹部２３４（図１０参照）に差し込んで加熱することで、リングギア１４４の素材のプラスチックが溶融し、リングギア１４４が確実にギアケース２２０に固着される。
【００２９】
図１０は、リングギア１４４の詳細を示し、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ−Ｘ´断面図、図１０（ｃ）は図１０（ａ）のＹ方向側面図である。リングギア１４４は、例えばプラスチックを成型加工して作られたリング状のもので、外周部にはフランジ２３３が形成されるとともに、ギアケース２２０の上部に固定されるための凹部２３４及び凸部２３２が周方向に交互に形成されている。リングギア１４４の内周側には、減速機構１４０を構成する要素の一つであるリングギア歯２３５が形成されている。
【００３０】
図１１は、リングギア１４４の浮き上り及びロータ回転時の振動による騒音を抑制する皿ばね２４０の詳細を示す図であり、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は側面図である。図７にも示したように、ギアケース２２０の上部に嵌装されたリングギア１４４については、ロータ組立体１０８の間に配設される皿ばね２４０によって、浮き上りが防止される。また、ロータ回転時に発生する振動を皿ばね２４０のばね性により低減し、振動による騒音を抑制することができる。皿ばね２４０は、ロータ組立体１０８のサンギア１４１が設けられたボス２０５が貫通する孔２４１を有するリング状のもので、その外周から３方へ延びるばね部２４２を有する。
【００３１】
図１２は、減速機構１４０を構成するキャリア１４２と遊星ギア１４３の詳細を示す図であって、図１２（ａ）はキャリア１４２の平面図、図１２（ｂ）は遊星ギア１４３の断面図、図１２（ｃ）はキャリア１４２の断面図、図１２（ｄ）はプレート２５４を被せたキャリア１４２の平面図である。キャリア１４２は、例えばプラスチックを成型加工して形成され、中心部にシャフト２０１が貫通する孔２５０を有する円盤を備え、その上面の周縁部には上方に向けて延びる３本のマスト２５１と３個の隔壁２５２が周方向に交互に設けられている。遊星ギア１４３は筒状に形成され、中心部にはキャリア１４２のマスト２５１に回転自在に嵌合される孔２５３ａを有し、外周部にはギア部２５３を有する。各マスト２５１に遊星ギア１４３を嵌合したキャリア１４２の上面には、一枚のワッシャ状のプレート２５４が被せられ、マスト２５１と隔壁２５２の頂部の凸部がプレート２５４の孔２５５に圧入され、固定される。
【００３２】
図１３は、減速機構１４０を構成する出力内歯ギア１４５及びこれと一体の出力軸１４６の詳細を示す断面図であり、図１３（ａ）が出力内歯ギア１４５の縦断面図、図１３（ｂ）が出力軸１４６の一部縦断面図である。出力内歯ギア１４５は有底円筒状で、底壁の中心には出力軸１４６の円柱部２６２が圧入される孔２６０が形成されている。出力内歯ギア１４５の内周には、内歯ギア２６１が形成されている。出力軸１４６は、シャフト２０１を受け入れる有底の穴２６３と、穴２６３が形成される側と反対側にマイナスドライバ形状の平ドライバ部としての凸部１５４が形成されている。平ドライバ部としての凸部１５４は、図７に示すように、駆動軸４７のスリット状の凹部１５５に挿入されて係合状態となる。なお、凸部１５４と凹部１５５とは、逆の配置でも良く、図１に示すドライバ構造は、この逆配置となっている。
【００３３】
減速機構１４０においては、ロータ組立体１０８のサンギア１４１が入力ギアとなり、キャリア１４２に支持された遊星ギア１４３が、サンギア１４１、固定ギアとしての内歯が形成されているリングギア１４４、及び内周に内歯２６１が形成されている出力内歯ギア１４５に同時に噛み合う。キャリア１４２全体は、出力内歯ギア１４５上で自由に回転できるように支持されている。リングギア１４４と出力内歯ギア１４５とは互いに転位した関係にあり、互いに歯数が僅かに相違する。この型式の遊星歯車機構は、所謂、不思議歯車機構と称せられ、極めて大きな減速比を達成することができる歯車機構である。遊星ギア１４３が固定のリングギア１４４と噛み合いながら自転しつつ公転するとき、歯数の相違に基づいてリングギア１４４に対して出力内歯ギア１４５が回転する。したがって、減速機構１４０では、サンギア１４１の入力が減速されて出力内歯ギア１４５に出力され、例えば５０対１程度の大きな減速比で減速を行う。ロータ組立体１０８の回転は、例えば５０分の１に減速されて、出力軸１４６に、そして更には駆動軸４７に伝達される。駆動軸４７は微少回転数での回転が可能となり、分解能の高い弁開度制御が達成される。
【００３４】
図１４は、切換弁１の駆動部の主要部の分解斜視図である。弁本体１０の筒状上部には、ギアケース２２０の下端部が嵌装される。ギアケース２２０の内部の上方には減速機構１４０が配置される。ギアケース２２０の上部には４本の舌片２２２と凹部２２１が形成されており、舌片２２２の先端部２２２ａは根元部２２２ｂより幅寸法が大きくなるように形成されている。減速機構１４０の一構成要素であり且つ樹脂等で作られる固定のリングギア１４４は、内周面にリングギア歯２３５が形成され、外周部には４つの凹部２３４が形成されている。リングギア１４４は、この凹部２３４をギアケース２２０の舌片２２２に差し込み、この部分を加熱してプラスチック製の固定ギアを溶融させることにより堅固に固定される。
【００３５】
図１５は、シャフト２０１を支持する支持部材３００とその周辺部を示す図であり、図１５（ａ）は縦断面図、図１５（ｂ）は平面図である。支持部材３００は、一枚の金属板をプレス加工してなるもので、ロータ組立体１０８のシャフト２０１が嵌入される筒状の内側ハブ部３０１と、キャン３０の内壁に係合し内側ハブ部３０１と同じ方向に突出した筒状の外側ハブ部３０２と、内側ハブ部３０１と外側ハブ部３０２とを一体的に連結する平板状のフランジ部３０３とを有している。外側ハブ部３０２は、キャン３０の内壁にしまり嵌め、好ましくは中間嵌めに近いしまり嵌めとなるように、軽圧入の状態に嵌合している。内側ハブ部３０１は、シャフト２０１に圧入されてはいないが、嵌合状態にある。なお、サンギア部材２０４は、皿ばね２４０の付勢力によってその内周部分で支持部材３００に当接しており、ロータ組立体１０８の回転抵抗が大きくならないようにされている。
【００３６】
支持部材３００はプレス成形された金属薄板とすることが好ましい。支持部材３００は樹脂成形された薄板とすることもできるが、樹脂製品は金属板よりも強度が遥かに低いので、板厚を厚くする必要がある。また、熱膨張が金属製の場合よりも大きくなるので寸法管理を厳しくする必要がある。板厚が厚いとキャン３０の高さが高くなり、その分、切換弁の上下方向寸法も長くなるので、板厚を薄くすることができる金属のプレス成形品とすることが好ましい。図示されている形状の支持部材３００は、簡易的なプレス成形によって得られる形状・構造である。
【００３７】
次に、本実施例の四方切換弁の作動について図１〜図６を用いて説明する。モータ部１０において、ケーブル２３及びコネクタ２４を通じてステータコイル２１を通電励磁させることにより、ロータ４０がモータ部１０の単位パルス当りの回転角度に応じて回転をする。ロータ４０の回転は上記したように減速動作をする遊星歯車機構１４０を介して大きく減速され、減速された回転が駆動軸４７、傘歯車４７ａ、傘歯車４３ａ及び横駆動軸４３を介して副弁６０に伝達される。副弁６０が主弁７０上を回動し、均圧孔７７を開閉する。更なる副弁６０の回転により、主弁７０が副弁６０と共動して弁本体５０上を回動し、後述する冷媒流れの切換えが行われる。
【００３８】
次に、四方切換弁１の具体的な作動について説明する。図３、図５は、冷房運転時のセット状態を示しており、吸入圧力導通管（吸込圧力導通孔５４）と室内熱交換器用の導通管（導通孔５７）とが主弁７０の連通部７４を介して連通し、吐出圧力導通孔５５と室外熱交換器用の導通孔５６とが主弁７０の外側、すなわち弁室７３に連通している。この状態では、弁室７３内の圧力と連通部７４内の圧力との間に大きな圧力差があり、主弁７０はこの圧力差によって弁本体５０に押え付けられていて容易には移動しない。この状態から冷媒流路の切換えを行う場合に、四方切換弁１は、逃し弁である副弁６０を用いることで弁室７３と連通部７４の各圧力の均衡を図り、主弁７０を押え付ける力を除いた後に主弁７０の回動動作を行う。
【００３９】
まず、図３、図５の状態において、ステッピングモータに対するパルス入力によりロータ４０が回転し、遊星歯車機構１４０によって大きく減速された出力回転が駆動軸４７に伝達され、傘歯車４７ａと傘歯車４３ａの噛み合い、横駆動軸４３、及び平歯車４８と受動歯車部６２の噛合いを介して副弁６０が回転する。副弁６０の一方の均圧孔閉塞部６３ａによって閉塞されていた主弁７０の均圧孔７７が解放され、弁室７３の冷媒が均圧孔７７を介して連通部７４内に導入されて弁室７３内の圧力と連通部７４内の圧力との均衡が図られる。
【００４０】
その後、曲孔６４が主弁連動ピン７２に当接（衝突）すると共に他方の均圧孔閉塞部６３ｂによって主弁７０の均圧孔７７が閉塞され、この状態で曲孔６４が主弁連動ピン７２を押して、主弁７０を反時計方向に一定の角度、即ち、一方のストッパ８１から離れて他方のストッパ８２に当接するまで回動・摺動させる（図４、図６の状態）。この動作により、主弁７０の連通部７４による吸込圧力導通孔５４と導通孔５７との連通が、吸込圧力導通孔５４と導通孔５６との連通に切換わり、同時に、弁室７３を通じた吐出圧力導通孔５５と導通孔５６との連通が、吐出圧力導通孔５５と導通孔５７との連通に切換わる。
【００４１】
この動作により、暖房運転時のセット状態になる。また、この間、他方の均圧孔閉塞部６３ｂによって均圧孔７７を閉塞した状態で主弁７０を回動させることで、弁室７３と連通部７４と間の圧力差に変動がないから、主弁７０の回動が円滑となる。なお、図４、図６に示す状態から、図３、図５に示す状態とする場合は、モータ部１０を反対の方向に回動作動させればよい。
【００４２】
以上のように、本発明の四方切換弁１は、モータ部１０への入力パルスによって、副弁６０を主弁７０上で回動した後、主弁７０が弁本体５０上を充分なトルクで回動し、且つ、弁室７３と連通部７４との圧力の均衡を図った後に冷媒の流れの切換えを行うから、簡単な構成・動作で、冷媒の流路の切換え動作を容易、かつ、迅速に行うことができ、さらに、四方切換弁１の信頼性の向上を図ることができる。また、モータ部１０のロータ４０の回転をロータ４０内に配設した遊星歯車機構１４０によって大きく減速させ、その減速した回転を副弁６０、更には主弁７０に伝達しているので、副弁６０と主弁７０の回動速度が緩やかになり、四方切換弁１を通過する冷媒流動音を軽減することができる。更に、主弁７０の回動速度が十分に減速されているので、主弁７０がストッパ８１，８２に当接して停止された後に、ステッピングモータの動作特性上、モータ部１０の作動が直ちに停止せず反転回転をするような場合でも、主弁７０の移動量は減速比に応じて極めて僅かなものとなり、また遊星歯車機構１４０内に存在するバックラッシュで吸収されることもあって、弁位置の位置ずれを生じることがなく、漏れを生じることもない。
また、副弁６０・主弁７０共に、簡単な構成で機能させることができるから、可動部品点数を減らして四方切換弁１の製品コストの低減を図ることができる。
【００４３】
次に、本発明によるロータリ式四方切換弁の第２の実施形態（他の実施形態と同様に車載用の四方切換弁）について、図１６及び図１７にそって説明する。図１６はモータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図、図１７はその右側面図であり、配管の接続状態を示す。本実施形態においては、モータ部１０の姿勢や弁室７３等の向きについては第１の実施形態と同じであるので、対応する部分には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略する。
本実施形態では、特に図１７に示すように、弁本体５０において、圧縮機Ｃの低圧側吸入圧力側に接続される導通孔５４と、室内及び室外の各熱交換器にそれぞれ接続されるコンデンサ側の導通孔５６及びエバポレータ側の導通孔５７とが横向きに配置されているのみならず、圧縮機Ｃの吐出圧力側に接続される高圧側配管接続部とされる導通孔５５も含めて、すべての配管接続部が横向きに配置されている。
【００４４】
モータ部１０の姿勢と各配管接続部の配置をこのようにすることにより、配管接続部が全て横向きであるため、第１の実施形態が奏する効果に加えて配管作業を更に改善することができる。
【００４５】
次に、本発明によるロータリ式四方切換弁の第３の実施形態（他の実施形態と同様に車載用の四方切換弁）について、図１８を参照しつつ説明する。図１８はモータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図である。本実施形態は図１に示す第１の実施形態とは、ロータ４０の回転を出力する縦配置の駆動軸４７の回転方向を横配置の駆動軸４３の回転方向に直角に変換する傘歯車の構造が異なるのみであるので、第１の実施形態と対応する部分には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略する。かかる傘歯車の噛み合いにおいて、駆動軸４７側に設けられている駆動側の傘歯車４７ｃのピッチ円径よりも、駆動軸４３側に設けられている被駆動側の傘歯車４３ｃのピッチ円径が大径とされている。傘歯車４７ｃ，４３ｃの構成によって駆動軸４３を介しての副弁６０及び副弁６０を介しての主弁７０の駆動は減速駆動、即ち、大トルク駆動されることになり、主弁７０の切換え動作を確実にするという効果を奏することができる。
【００４６】
次に、本発明によるロータリ式四方切換弁の第４の実施形態（他の実施形態と同様に車載用の四方切換弁）を図１９にそって説明する。図１９はモータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図である。本実施形態は、図１に示す第１の実施形態とは、弁本体５０に対するモータ部１０の配置と、横配置された駆動軸４３との駆動連結構造が異なるのみであるので、第１の実施形態と同等の対応部分には同一の符号を付してあり、重複する説明は省略する。
本実施形態では、弁本体５０において弁座８０、主弁７０及び副弁６０が横に並ぶように弁室７３は横向きに配置されているが、モータ部１０は弁本体５０に対して上斜め向きに配置されている。また、モータ部１０のロータ４０の回転は、フレキシブルシャフト又はユニバーサルジョイント等の自在継手４９を介して横方向に変換され、副弁６０を、更には主弁７０を駆動している。自在継手４９の一例としてのフレキシブルシャフトは、例えば、カーボンファイバを編んで製造されたものを用いることができる。第４の実施形態によれば、特に車載用として用いる場合には、弁本体６０において弁室７３を横向きに配置するときにモータ部１０は斜め上向きの任意の方向に設定できるので、各導通孔５４〜５７への配管の作業性を損なうことなく、モータ部１０をエンジンルームの余剰空間に効率良く配置することができるので、レイアウトスペースが限られる車載用として好適である。
【００４７】
本発明によるロータリ式四方切換弁は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で上述した実施形態に種々の改変を施すことができることは明らかである。本発明による四方切換弁の用途が車載用以外の場合には、弁本体５０の材質として、アルミニウム材よりも熱伝達率の小さい真鍮やステンレス材又は合成樹脂材を使用することによって熱損失を少なくすることができる。
また、減速機構として不思議歯車機構を採用した遊星歯車機構１４０について説明をしたが、これに代えて、減速機構として通常の遊星歯車機構や、歯車列のような歯車減速機構であってもよいことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明によるロータリ式四方切換弁の第１の実施形態を示す図であって、モータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図。
【図２】図１に示すロータリ式四方切換弁の右側面図。
【図３】図１に示す四方切換弁を階段状の円柱面Ａ−Ａで切断した断面図。
【図４】図３と同様の断面図であって主弁の切換え位置が変更された断面図。
【図５】図１に示す四方切換弁を平面Ｂ−Ｂで切断した断面図。
【図６】図５と同様の断面図であって主弁の切換え位置が変更された断面図。
【図７】図１に示す四方切換弁に用いられる遊星歯車機構を内蔵するモータ駆動部の概略を示す断面図。
【図８】図７に示す遊星歯車機構において、シャフトとロータ組立体の詳細を示す断面図。
【図９】図７に示す遊星歯車機構に用いられるギアケースの詳細を示す図。
【図１０】図７に示す遊星歯車機構に用いられるリングギアの詳細を示す図。
【図１１】図７に示す遊星歯車機構に用いられる固定ギアの浮き上りを防止する皿ばねの詳細を示す図。
【図１２】図７に示す遊星歯車機構に用いられるキャリアと遊星ギアの詳細を示す図。
【図１３】図７に示す遊星歯車機構に用いられる出力ギアと出力軸の詳細を示す図。
【図１４】図７に示す遊星歯車機構に用いられる主要部の分解斜視図。
【図１５】図７に示す遊星歯車機構に用いられる支持部材の拡大図。
【図１６】本発明によるロータリ式四方切換弁の第２の実施形態を示す図であって、モータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図。
【図１７】図１６に示すロータリ式四方切換弁の右側面図。
【図１８】本発明によるロータリ式四方切換弁の第３の実施形態を示す図であって、モータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図。
【図１９】本発明によるロータリ式四方切換弁の第４の実施形態を示す図であって、モータの回転中心軸線を通る縦面で切断した縦断面図。
【図２０】四方切換弁を用いた冷房暖房運転時のサイクル構成図。
【符号の説明】
【００４９】
１  四方切換弁
１０  モータ部                      ２０  ステータ
２１  コイル                        ２２  ヨーク
２３  ケーブル                      ２４  コネクタ
３０  キャン
４０  ロータ                        ４３  支持軸（横駆動軸）
４３ｃ  傘歯車
４５  ばね受                        ４６  押しばね
４７  駆動軸                        ４７ａ  傘歯車
４７ｃ  傘歯車                      ４８  平歯車
４９  自在継手
５０  本体部                        ５１  本体ケース
５４  吸込圧力導通孔                ５５  吐出圧力導通孔
５６  室外熱交換器用導通孔          ５７  室内熱交換器用導通孔
５９  弁シート部
６０  副弁                          ６１  回転軸孔
６２  受動歯車部                    ６４  曲孔
７０  主弁                          ７１  回転軸
７２  主弁連動ピン                  ７３  弁室
７４  連通部                        ７７  均圧孔
７８  弁本体当接部
８０  弁座                          ８１，８２  ストッパ
１４０  遊星歯車機構                １４１  サンギア
１４２  キャリア                    １４３  遊星ギア
１４４  リングギア                  １４５  出力内歯ギア
１４６  ドライバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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