(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の流体入出ポートが形成された弁シート部を有する弁ハウジングと、前記弁シート部に接触しながら回動せしめられる弁体と、該弁体を回転駆動するアクチュエータとを備え、前記弁ハウジングに高圧流体導入ポートが形成されるとともに、前記弁体内に、前記高圧流体導入ポートと前記複数個の流体入出ポートとを選択的に連通させるための通路が形成され、前記アクチュエータにより前記弁体を回動させて、前記高圧流体導入ポートと前記複数個の流体入出ポートのいずれかとを前記弁体内通路を介して選択的に連通させることにより流路の切り換えを行なうようにされた多方切換弁であって
前記弁ハウジング内に前記弁シート部をその底部とする弁室が形成され、該弁室が仕切部材により前記高圧流体導入ポートが開口する上部室と前記弁シート部側の下部室とに分割され、前記仕切部材に前記上部室と下部室とを連通する逃がしポートが形成されるとともに、該逃がしポートを、前記弁体の回動に応じて開閉する副弁が設けられていることを特徴とする多方切換弁。
【請求項２】
前記副弁は、前記弁体による流路切換動作開始直前に前記逃がしポートを開き、流路切換動作終了と略同時にそれを閉じるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の多方切換弁。
【請求項３】
前記副弁は、前記アクチュエータの回転駆動力を利用して前記逃がしポートを開閉するようにされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の多方切換弁。
【請求項４】
前記副弁は、前記仕切部材における前記上部室側の面に押し付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の多方切換弁。
【請求項５】
前記アクチュエータの回転駆動力は、駆動側歯車を介して前記弁体に伝達されるとともに、前記駆動側歯車に噛合する従動側歯車を介して前記副弁に伝達されるように構成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の多方切換弁。
【請求項６】
前記弁体と前記駆動側歯車とは共通の回転軸線を持ち、前記アクチュエータの回転駆動力を前記副弁より遅れて前記弁体に伝達すべく、前記弁体に駆動ピンが突設されるとともに、前記駆動側歯車に前記駆動ピンが緩挿される円弧状の長穴が形成されていることを特徴とする請求項５に記載の多方切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル（ヒートポンプ）等に用いられる三方切換弁や四方切換弁等の多方切換弁に係り、特に、流路の切り換えをモーター等のアクチュエータで弁体を回動させることにより行うロータリ式の多方向切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の多方切換弁として、本願の出願人は、先に、特許文献１、２、３等に見られるように、複数個の流体入出ポートが形成された弁シート部を有する弁ハウジングと、前記弁シート部に接触しながら回動せしめられる弁体と、該弁体を回転駆動するアクチュエータとを備え、前記弁ハウジングに流体導入ポート及び／又は流体導出ポートが形成されるとともに、前記弁体内に、前記流体導入ポート又は流体導出ポートと前記複数個の流体入出ポートとを選択的に連通させるための通路が形成され、前記アクチュエータにより前記弁体を回動させて、前記流体導入ポート又は流体導出ポートと前記複数個の入出ポートのいずれかとを前記弁体内通路を介して選択的に連通させることにより流路の切り換えを行なうようにされたものを多数提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2002-13843号公報
【特許文献２】特開2002-340446号公報
【特許文献３】特願2009-203926号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記した如くの多方切換弁にあっては、通常、弁体の内外、つまり弁体内（通路）の圧力と弁体の外側（弁室）の圧力との間には大きな差圧が生じる。より具体的には、前記特許文献１、２に所載の四方切換弁では、弁体内通路は流体導出ポートを介して圧縮機の吸入側に接続されるので低圧となり、弁室は流体導入ポートを介して圧縮機の吐出側に接続されるので高圧となる。これとは逆に、前記特許文献３に所載の四方切換弁では、弁体内通路は流体導入ポートを介して圧縮機の吐出側に接続されるので高圧となり、弁室は流体導出ポートを介して圧縮機の吸入側に接続されるので低圧となる。
【０００５】
このように弁体の内外に大きな差圧が生じていると、弁体による流路切換動作が重くなる傾向があり、甚だしくは、流路切換動作が正常には行なわれなくなる場合もある。特に、前記特許文献３に所載の四方切換弁では、弁体及び弁体内通路が逆Ｌ形ないしクランク状となっていて、弁体内通路の出口が弁体の回転軸線に対して偏心した位置に配在され、さらに弁体内通路には高圧冷媒が導入されるので、弁体内通路に導入された高圧冷媒の圧力により、弁体を出口側に傾けさせようとする力がかかり、弁体による流路切換動作が重くなる傾向が強い。
【０００６】
そこで、前記差圧対策として、前記特許文献１、２には、前記弁体（主弁体）の壁部にその内外を連通させる均圧孔を形成するとともに、該均圧孔を開閉する副弁体を前記主弁体の外周に配在し、流路切換時には、この副弁体を前記主弁体の回動に同期ないし連動させて回動させることにより、前記均圧孔を開いて弁室の高圧を弁体内通路へ逃がし、前記差圧を小さくすることが提案されている。
【０００７】
ところが、かかる対策は、前記特許文献３に所載のものには適用することが難しい。すなわち、前記特許文献３に所載のものでは、弁体内が高圧となり弁室が低圧となるため、主弁体の外周上に配在される副弁体が弁体内の高圧で外側に押され（浮き上がり）、前記均圧孔が不所望に開いて弁体内通路の高圧冷媒が弁室に漏出する等の問題が生じるおそれがある。
【０００８】
本発明は、前記した如くの事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、弁体内に高圧流体を導入するようにされたもとでも、流路切換時において弁体の内外の差圧を小さくすることができ、もって、弁体による流路切換動作を円滑かつ確実に行なうことのできる多方切換弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成すべく、本発明に係る多方切換弁は、基本的には、複数個の流体入出ポートが形成された弁シート部を有する弁ハウジングと、前記弁シート部に接触しながら回動せしめられる弁体と、該弁体を回転駆動するアクチュエータとを備え、前記弁ハウジングに高圧流体導入ポートが形成されるとともに、前記弁体内に、前記高圧流体導入ポートと前記複数個の流体入出ポートとを選択的に連通させるための通路が形成され、前記アクチュエータにより前記弁体を回動させて、前記高圧流体導入ポートと前記複数個の流体入出ポートのいずれかとを前記弁体内通路を介して選択的に連通させることにより流路の切り換えを行なうようにされていて、前記弁ハウジング内に前記弁シート部をその底部とする弁室が形成され、該弁室が仕切部材により前記高圧流体導入ポートが開口する上部室と前記弁シート部側の下部室とに分割され、前記仕切部材に前記上部室と下部室とを連通する逃がしポートが形成されるとともに、該逃がしポートを、前記弁体の回動に応じて開閉する副弁が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
前記副弁は、好ましくは、前記弁体による流路切換動作開始直前に前記逃がしポートを開き、流路切換動作終了と略同時にそれを閉じるようにされる。
【００１１】
前記副弁は、好ましくは、前記アクチュエータの回転駆動力を利用して前記逃がしポートを開閉するようにされる。
【００１２】
前記副弁は、好ましくは、前記仕切部材における前記上部室側の面に押し付けられるようにされる。
【００１３】
他の好ましい態様では、前記アクチュエータの回転駆動力は、駆動側歯車を介して前記弁体に伝達されるとともに、前記駆動側歯車に噛合する従動側歯車を介して前記副弁に伝達されるように構成される。
【００１４】
この場合、より具体的な好ましい態様では、前記弁体と前記駆動側歯車とは共通の回転軸線を持ち、前記アクチュエータの回転駆動力を前記副弁より遅れて前記弁体に伝達すべく、前記弁体に駆動ピンが突設されるとともに、前記駆動側歯車に前記駆動ピンが緩挿される円弧状の長穴が形成される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る多方切換弁は、弁室が仕切部材により上室部と下部室とに分割され、前記仕切部材に上部室と下部室とを連通する逃がしポートが形成されるとともに、該逃がしポートを、弁体の回動に応じて開閉する副弁が設けられているので、弁体内に高圧流体を導入するようにされたもとでも、流路切換時において弁体の内外の差圧を小さくすることができ、これにより、弁体による流路切換動作を円滑かつ確実に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る多方切換弁の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】図２は、図１に示される多方切換弁の弁体の別の断面を示す図。
【図３】（Ａ）は、図１のＸ−Ｘ矢視線に従う断面図、（Ｂ）は、図１のＹーＹ矢視線に従う断面図。
【図４】図１に示される実施形態の動作説明に供される図。
【図５】本発明に係る多方切換弁の他の実施形態を示す縦断面図。
【図６】図５に示される他の実施形態の動作説明に供される図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の多方切換弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る多方切換弁の一実施形態を示す縦断面図、図２は、図１に示される多方切換弁の弁体の別の断面を示す図、図３（Ａ）は、図１のＸ−Ｘ矢視線に従う断面図、図３（Ｂ）は、図１のＹーＹ矢視線に従う断面図である。
【００１８】
本実施形態の多方切換弁１０は、高圧冷媒導入ポート１１、第１冷媒入出ポート１２、第２冷媒入出ポート１３、及び低圧冷媒導出ポート１４を有する、ヒートポンプ装置に用いられるロータリー式の四方切換弁であり、キャン１８の内周側に配在されたロータ１６とキャン１８の外周に外嵌固定されたステータ１７とからなる流路切換用アクチュエータとしてのステッピングモータ１５と、該ステッピングモータ１５により回動せしめられる弁体（主弁体）３０と、この弁体３０を回動可能に保持する弁ハウジング２０と、を備えている。
【００１９】
弁ハウジング２０は、上部体２０Ａと、底蓋状体２０Ｂと、仕切部材２０Ｃと、これらを連結すべくその端部が溶接接合された上下の円筒状体２０Ｄ、２０Ｅとからなり、これらで弁室２１が画成されている。弁室２１は、仕切部材２０Ｃにより、高圧冷媒導入ポート１１が開口する上部室２１Ａと下部室２１Ｂとに分割されている。
【００２０】
前記モータ１５内には、遊星歯車式減速機構１９が付設され、モータ１５の回転駆動力は、遊星歯車式減速機構１９の出力軸１９ｅから駆動側平歯車４１を介して前記弁体３０に伝達されるとともに、前記駆動側平歯車４１に噛合する従動側平歯車４２（駆動側平歯車４１と同径、同歯数）を介して前記上部室２１Ａに配在された副弁４０に伝達されるようになっている（後で詳述）。
【００２１】
上部体２０Ａの一側（左側）には、縦孔２６が設けられ、この縦孔２６に装着されたスリーブ状の軸受部材２７により、前記出力軸１９ｅに一体回転可能に連結された駆動側平歯車４１の軸部４１ａが回転自在に支持されている。
【００２２】
また、弁ハウジング２０の底蓋状体２０Ｂの一側上面は弁シート部２５となっており、ここには、第１冷媒入出ポート１２、第２冷媒入出ポート１３、及び低圧冷媒導出ポート１４が約９０度間隔で設けられている。前記した各ポート１１、１２、１３、１４には、導管（継手）８１、８２、８３、８４が連結されている。
【００２３】
一方、前記弁体３０は、天井部３１ａと底部３１ｂとを有する円筒軸部３１と、該円筒軸部３１の下半分（下部室２１Ｂ内に位置する部分）に外嵌固定された例えば合成樹脂製の軸外部材３４とからなっていて、側面視外形がＬ形ないしクランク状を呈し、内部にその外形と概略相似する弁体内通路３５が設けられている。この弁体内通路３５は、上部室２１Ａに開口する入口３５ａ、円筒軸部３１の内部３５ｂ、円筒軸部３１の下部と軸外部材３４に形成された連通路３５ｃ、軸外部材３４の内部３５ｄ、及び弁シート部２５に対面する出口３５ｅからなっている。
【００２４】
また、この弁体３０と駆動側平歯車４１とが共通の回転軸線Ｏを持つように、円筒軸部３１の天井部３１ａにおける中心部（回転軸線Ｏ上）には円柱状軸部３６が上向きに突設され、円筒軸部３１の底部３１ｂにおける回転軸線Ｏ上には円柱状軸部３７が下向きに突設され、上側の軸部３６は駆動側平歯車４１の中心部（回転軸線Ｏ上）に形成された円筒状の支持穴４１ｆに相対回転自在に緩挿され、下側の軸部３７は底蓋状体２０Ｂに形成された円筒状の支持穴２０ｆに相対回転自在に緩挿されている。
【００２５】
前記弁体３０における弁体内通路３５の出口３５ｅ側端部には、弁体内通路３５から弁室２１（下部室２１Ｂ）への流体漏れを防ぐべく、弁シート部２５に気密的に圧接するように、シール材としてのＯリング３８と角形リング３９とが装着されている（図２参照）。Ｏリング３８は、弁体内通路３５を流れる高圧冷媒により半径方向外方に押圧されて断面が円形から楕円状に変化するが、このＯリング３８の形状変化を利用して角形リング３９の一端面を弁シート部２５に押し付けてシール効果を得る構成となっている。
【００２６】
また、仕切部材２０Ｃにおける一側（右側）には、上部室２１Ａと下部室２１Ｂとを連通する逃がしポート２３が形成され、他側（左側）には、弁体３０の円筒軸部３１を通す段付き挿通穴２４が形成され、この挿通穴２４における上部室２１Ａ側には、円筒軸部３１を回転自在に支持するスリーブ状の軸受部材２８が装着され、下部室２１Ｂ側には、テフロン（登録商標）製のリップシール２９が装着されている。
【００２７】
上記に加え、モータ１５の回転駆動力を前記副弁４０より遅れて弁体３０に伝達すべく、弁体３０の天井部３１ａにおける回転軸線Ｏから所定距離だけ偏心した位置に駆動ピン３３が垂直に突設されるとともに、駆動側歯車４１に前記駆動ピン３３が緩挿される、回転軸線Ｏを中心とする円弧状の長穴４３（中心角θは９０度前後）が形成されている（図３参照）。
【００２８】
一方、前記モータ１５の回転駆動力が駆動側平歯車４１及び従動側平歯車４２を介して伝達される副弁４０は、前記逃がしポート２３を、前記弁体３０による流路切換動作開始直前に開き、流路切換動作終了と略同時に閉じるようにされている。具体的には、副弁４０は、前記回転軸線Ｏと平行に仕切部材２０Ｃに植立されて前記従動側平歯車４２を回転自在に支持するガイドピン４４と、従動側平歯車４２の下側に延設された円筒状の軸部４２ａの下端部に設けられた肉厚の鍔状ホルダ４５と、該鍔状ホルダ４５に１８０度の角度間隔をあけて設けられた二つの下面側が開口した円形保持穴４６Ａ、４６Ｂにそれぞれ摺動可能に嵌挿された円柱状の第１副弁体４７Ａ及び第２副弁体４７Ｂと、円形保持穴４６Ａ、４６Ｂの天井部と副弁体４７Ａ、４７Ｂ（のばね受け凹部）との間に介装されて副弁体４７Ａ、４７Ｂを常時仕切部材２０Ｃの上面に押し付ける方向（下方）に付勢する圧縮コイルばね４８、４８と、を備えている。
【００２９】
かかる構成の四方切換弁１０は、弁体３０を回動させることによって、弁体内通路３５及び弁室２１（下部室２１Ａ）を介して第１冷媒入出ポート１２及び第２冷媒入出ポート１３のいずれかと高圧冷媒導入ポート１１及び低圧冷媒導出ポート１４のいずれかとを選択的に連通させることにより、流路の切り換えを行うようになっている。
【００３０】
ここで、本実施形態の四方切換弁１０では、図４（１）に示される如くの、弁体内通路３５の出口側端部（角形リング３９）が弁シート部２５の第１流体入出ポート１２の真上に位置し（弁体３０がストッパ６１に当接）、高圧流体導入ポート１１と第１流体入出ポート１２とが弁体内通路３５を介して連通した状態（第１流通状態と称す）では、駆動ピン３３が長穴４３の一端側（駆動側平歯車４１の回転方向（ここでは時計回り）で見て先端側）に近接ないし当接し、また、第１副弁体４７Ａが逃がしポート２３を閉じている。
【００３１】
かかる第１流通状態から駆動側平歯車４１を時計回りに前記長穴４３の中心角θ分程度回転させると、図４（２）に示される如くに、駆動ピン３３が長穴４３の他端側に近接ないし当接するものの、駆動側平歯車４１の回転駆動力は弁体３０へは伝達されず、弁体３０は第１流通状態のままであるが、駆動側平歯車４１により従動側平歯車４２が反時計回りに回転せしめられるので、第１副弁体４７Ａが逃がしポート２３を開く。これにより、上部室２１Ａ内の高圧冷媒が逃がしポート２３を介して下部室２１Ｂに逃がされ、弁体３０の内外の差圧が小さくされる。
【００３２】
かかる状態から駆動側平歯車４１を時計回りにさらに４５度程度回転させると、図４（３）に示される如くに、駆動側平歯車４１の回転駆動力が長穴４３の他端部から駆動ピン３３に伝達され、弁体３０が時計回りに回転し、弁体内通路３５の出口側端部（角形リング３９）が弁シート部２５の第１流体入出ポート１２と第２冷媒入出ポート１３との中間に位置し、第１副弁体４７Ａが逃がしポート２３から一層離れるとともに、第２副弁体４７Ｂが逃がしポート２３に近づくが、逃がしポート２３は開いたままであるので、前記差圧はさらに小さくなる。
【００３３】
かかる状態から駆動側平歯車４１を時計回りにさらに４５度程度回転させると、図４（４）に示される如くに、弁体３０が時計回りにさらに回転し、弁体内通路３５の出口側端部（角形リング３９）が第２流体入出ポート１３の真上に位置し（弁体３０がストッパ６２に当接）、高圧流体導入ポート１１と第２流体入出ポート１３とが弁体内通路３５を介して連通した状態（第２流通状態と称す）となり、これにより、第１流通状態から第２流通状態への流路切換動作が終了する。これと略同時に、第２副弁体４７Ｂにより逃がしポート２３が閉じられ、上部室２１Ａ内の高圧冷媒は下部室２１Ｂに逃がされなくなる。
【００３４】
また、第２流通状態から第１流通状態への切り換えは、駆動側平歯車４１を上記とは逆方向（反時計回り）に回転させることにより行なわれる。
【００３５】
このように本実施形態の四方切換弁１０は、弁室２１が仕切部材２０Ｃにより高圧冷媒導入ポート１１が開口する上室部２１Ａと弁シート部２５側の下部室２１Ｂとに分割され、前記仕切部材２０Ｃに上部室２１Ａと下部室２１Ｂとを連通する逃がしポート２３が形成されるとともに、該逃がしポート２３を、弁体３０による流路切換動作開始直前に開き、流路切換動作終了と略同時に閉じる副弁４０が設けられているので、弁体３０内に高圧冷媒を導入するようにされたもとでも、流路切換時において弁体３０の内外の差圧を小さくすることができ、これにより、弁体３０による流路切換動作を円滑かつ確実に行なうことができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、駆動側平歯車４１と従動側平歯車４２とは、その外径及び歯数が同じに設定され、二つの副弁体４７Ａ、４７Ｂで逃がしポート２３を開閉するようにしているが、それに代えて、例えば図５、図６に示される他の実施形態の多方切換弁１０’の如くに、従動側平歯車４２’の歯数を駆動側平歯車４１’の半分にするとともに、一つの副弁体４７Ａのみで逃がしポート２３を開閉するようにしてもよい。この場合は、駆動側平歯車４１’が１８０度回転する間に従動側平歯車４２’が１回転し、一つの副弁体４７Ａで、逃がしポート２３を、弁体３０による流路切換動作開始直前に開き、流路切換動作終了と略同時に閉じることができる。
【００３７】
また、上記実施形態では、平歯車４１、４２を用いて副弁４０を回動させることにより逃がしポート２３を開閉するようにしているが、逃がしポート２３の開閉方式は、これに限られる訳ではなく、例えば、カムやねじ送り機構等を用いて副弁体を昇降させることにより逃がしポートを開閉するようにしてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、冷媒入出ポートは、２つ（符号１２及び１３）設けられるものとしたが、冷媒入出ポートが３つ以上設けられ、弁体３０でそのうちの１つの入出ポートを連通する様な多方切換弁に本発明を適用することも可能である。
【００３９】
更にまた、低圧冷媒導出ポート１４を省略し、高圧冷媒導入ポート１１を、２つ以上の冷媒入出ポートのいずれか１つを連通する三方切換弁を含む多方切換弁に本発明を適用することも可能である。
【００４０】
更にまた、本発明の多方切換弁が切換える流路を流れる流体は、冷媒以外のいかなる流体であっても良いことは当然である。
【符号の説明】
【００４１】
１０    多方切換弁（四方切換弁）
１１    高圧冷媒導入ポート
１２    第１冷媒入出ポート
１３    第２冷媒入出ポート
１４    低圧冷媒導出ポート
１５    モータ（アクチュエータ）
２０    弁ハウジング
２０Ａ  上部体
２０Ｂ  底蓋状体
２０Ｃ  仕切部材
２３    逃がしポート
３０    弁体
３３    駆動ピン
３５    弁体内通路
４０    副弁
４１    駆動側平歯車
４２    従動側平歯車
４３    長穴
４７Ａ、４７Ｂ    副弁体
【図１】
0005611662.tif 000002
【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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