(57)【要約】      （修正有）【課題】モータを用いて簡単に切換操作ができるようにした四方弁を提供する。【解決手段】バルブ本体１０Ａとアクチュエータ２２とからなり、バルブ本体には、流体の導入口１１と、流体の導出口１２と、第１熱交換器３５に接続される第１通口１３と、第２熱交換器３６に接続される第２通口１４とが設けられ、導出口１２と第１通口１３と第２通口１４の内部開口が同一平面上の弁座面１５に設けられている。弁座面上には、２つの摺動切換位置に応じて第１通口と第２通口の一方のみを選択的に導出口に連通させ、第１通口と第２通口の他方を導入口に連通させる回転摺動弁体２０が、導出口１２を中心に回転摺動自在に配置されている。アクチュエータとしては回転式モータ２２が使用され、その回転出力シャフト２３の先端のウォームギヤ２４が摺動弁体２０の円弧アーム部２８のピニオンギヤ２８Ａに始動している。【選択図】図２
2011169390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブ本体と、該バルブ本体に取り付けられてバルブ本体を駆動するアクチュエータとからなり、
上記バルブ本体には、該バルブ本体の内部空間に開口する流体の導入口と、流体の導出口と、外部の第１熱交換器に接続される第１通口と、外部の第２熱交換器に接続される第２通口とが設けられ、
上記導出口と第１通口と第２通口の内部開口が同一平面上の弁座面に設けられ、
該弁座面上には、２つの摺動切換位置に応じて上記第１通口と第２通口の一方のみを選択的に上記導出口に連通させ、上記第１通口と第２通口の他方を上記導入口に連通させる摺動弁体が上記弁座面に沿って上記導出口を中心に回転摺動自在に配置され、
一方、アクチュエータとして回転式モータが使用され、その回転出力シャフトの先端と上記摺動弁体との間に、上記回転出力シャフトの回転を上記摺動弁体の回転摺動として減速して伝達する減速歯車機構が設けられていることを特徴とする四方弁。
【請求項２】
上記減速歯車機構として、上記回転出力シャフトの先端にウォームギヤが設けられ、上記摺動弁体の円弧アーム部に上記ウォームギヤと噛合するピニオンギヤが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の四方弁。
【請求項３】
バルブ本体と、該バルブ本体に取り付けられてバルブ本体を駆動するアクチュエータとからなり、
上記バルブ本体には、該バルブ本体の内部空間に開口する流体の導入口と、流体の導出口と、外部の第１熱交換器に接続される第１通口と、外部の第２熱交換器に接続される第２通口とが設けられ、
上記導出口と第１通口と第２通口の内部開口が同一平面上の弁座面に設けられ、
該弁座面上には、２つの摺動切換位置に応じて上記第１通口と第２通口の一方のみを選択的に上記導出口に連通させ、上記第１通口と第２通口の他方を上記導入口に連通させる摺動弁体が上記弁座面に沿って直線摺動自在に配置され、
一方、アクチュエータとして、リニアスクリュー機構を組み込んだ直進モータが使用され、その直動型の出力シャフトが上記摺動弁体の操作手段として設けられていることを特徴とする四方弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、四方弁に係り、例えば、ヒートポンプ、特に圧縮機、凝縮器および蒸発器よりなる冷凍サイクルにおいて、温暖な季節は室内を冷却し、寒冷な季節は室内を暖めるように、冷媒の流れを逆転させる切換動作を行うための四方弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の四方弁としては、例えば特許文献１に開示されたものが知られており、図４はその四方弁を用いた冷凍サイクルを簡略化して示している。
【０００３】
この四方弁２１０は、バルブ本体２１０Ａの一側部に導入口１１を形成すると共に、導入口１１と対向する他側部に導出口１２と、導出口１２の両側に位置して室内側の第１の熱交換器３５に接続される第１通口１３と、室外側の第２の熱交換器３６に接続される第２通口１４とをそれぞれ開口し、バルブ本体２１０Ａの軸方向両端の加圧ポート１３１、１３２に繋がる２つの導管１３３、１３４のいずれか一方を、パイロット切換弁１４３を介して加圧源１４４に選択的に接続するように構成し、バルブ本体２１０Ａの内部に、互いに連結された一対のピストン１４１、１４２を軸方向摺動自在に設け、これらピストン１４１、１４２に連動して摺動されるように摺動弁体１２０を直線摺動自在に設け、摺動弁体１２０の摺動位置により、バルブ本体２１０Ａの導出口１２と第１通口１３及び第２通口１４のいずれか一方のみを選択的に連通させるようにしたものである。摺動弁体１２０の内部には、第１通口１３と第２通口１４を導出口１２に択一的に連通させるための連通路１２７が凹所として設けられている。
【０００４】
導入口１１には、圧縮機３０の吐出側が導管３２を介して接続され、導出口１２には、圧縮機３０の吸入側が導管３３を介して接続されている。そして、圧縮機３０から吐出された冷媒は、導入口１１からバルブ本体２１０Ａに入り、導出口１２から圧縮機３０に向けて出て行くようになっている。また、第１通口１３と第２通口１４は、それぞれ室内側の第１の熱交換器３５と室外側の第２の熱交換器３６に導管３８、３９を介して連通され、第１の熱交換器３５と第２の熱交換器３６は互いに膨張弁３７を介して連通されている。
【０００５】
そして、２つの熱交換器３５、３６は、冷媒の流れる方向に応じて凝縮器と蒸発器の役割を交代して担う。摺動弁体１２０の操作位置により、冷媒流路が実線矢印Ａ方向側に切り換えられると、第２の熱交換器３６が凝縮器の役割を果たし、第１の熱交換器３５が蒸発器の役割を果たすものである。また、冷媒流路が点線矢印Ｂ方向側に切り換えられると、第１の熱交換器３５が凝縮器の役割を果たし、第２の熱交換器３６が蒸発器の役割を果たすものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５２−１４９３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、冷媒の高圧側の圧力が１．５ＭＰａというような高圧であるような場合、高圧ガスによって摺動弁体１２０が弁座面１５に強く押し付けられるため、摺動弁体１２０の摺動には大きな操作力が必要になる。そのため、ソレノイドアクチュエータのような簡単なアクチュエータでは動かすことができず、そこで、図５のようなパイロット切換弁１４３と加圧ポート１３１、１３２やピストン１４１，１４２などを用いた複雑な回路が必要になっていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、モータを用いて簡単に切換操作ができる四方弁を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の四方弁は、バルブ本体と、該バルブ本体に取り付けられてバルブ本体を駆動するアクチュエータとからなり、上記バルブ本体には、該バルブ本体の内部空間に開口する流体の導入口と、流体の導出口と、外部の第１熱交換器に接続される第１通口と、外部の第２熱交換器に接続される第２通口とが設けられ、上記導出口と第１通口と第２通口の内部開口が同一平面上の弁座面に設けられ、該弁座面上には、２つの摺動切換位置に応じて上記第１通口と第２通口の一方のみを選択的に上記導出口に連通させ、上記第１通口と第２通口の他方を上記導入口に連通させる摺動弁体が上記弁座面に沿って上記導出口を中心に回転摺動自在に配置され、一方、アクチュエータとして回転式モータが使用され、その回転出力シャフトの先端と上記摺動弁体との間に、上記回転出力シャフトの回転を上記摺動弁体の回転摺動として減速して伝達する減速歯車機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の四方弁は、請求項１に記載の四方弁において、上記減速歯車機構として、上記回転出力シャフトの先端にウォームギヤが設けられ、上記摺動弁体の円弧アーム部に上記ウォームギヤと噛合するピニオンギヤが設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
さらに、請求項３に記載の四方弁は、バルブ本体と、該バルブ本体に取り付けられてバルブ本体を駆動するアクチュエータとからなり、上記バルブ本体には、該バルブ本体の内部空間に開口する流体の導入口と、流体の導出口と、外部の第１熱交換器に接続される第１通口と、外部の第２熱交換器に接続される第２通口とが設けられ、上記導出口と第１通口と第２通口の内部開口が同一平面上の弁座面に設けられ、該弁座面上には、２つの摺動切換位置に応じて上記第１通口と第２通口の一方のみを選択的に上記導出口に連通させ、上記第１通口と第２通口の他方を上記導入口に連通させる摺動弁体が上記弁座面に沿って直線摺動自在に配置され、一方、アクチュエータとして、リニアスクリュー機構を組み込んだ直進モータが使用され、その直動型の出力シャフトが上記摺動弁体の操作手段として設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の四方弁によれば、摺動弁体を、導出口を中心に回転摺動する回転摺動弁体とし、これを減速歯車機構を介して回転式モータで動かすようにしているので、極めて簡単な機構を組み込むだけで、高圧で押し付けられた摺動弁体を簡単に切換操作できるようになる。従って、小型化と単純化によるコスト低減が図れる。
【００１３】
また、請求項２に記載の四方弁によれば、減速歯車機構として、回転出力シャフトの先端にウォームギヤを設けると共に、摺動弁体の円弧アーム部にピニオンギヤを設けたので、かなりの減速比をコンパクトに稼ぐことができるし、逆方向トルクがモータ本体に伝わらなくなるので、冷媒圧力に拘わらず、位置決めも容易・確実にできる。
【００１４】
他方、請求項３に記載の四方弁によれば、摺動弁体を直線摺動弁体とし、これを直進モータで動かすようにしているので、極めて簡単な機構を組み込むだけで、高圧で押し付けられた摺動弁体を簡単に切換操作できるようになる。従って、小型化と単純化によるコスト低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の四方弁の外観斜視図である。
【図２】（ａ）は同四方弁を用いた冷凍サイクルの概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図で、（ｂ）は実線矢印Ａ方向に冷媒が流れるように切換操作したときの状態を示す図、（ｃ）は点線矢印Ｂ方向に冷媒が流れるように切換操作したときの状態を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の四方弁を用いた冷凍サイクルの概略構成図である。
【図４】従来例の四方弁を用いた冷凍サイクルの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は第１実施形態の四方弁の外観斜視図、図２（ａ）は同四方弁を用いた冷凍サイクルの概略構成図、（ｂ）及び（ｃ）は（ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図で、（ｂ）は実線矢印Ａ方向に冷媒が流れるように切換操作したときの状態を示す図、（ｃ）は点線矢印Ｂ方向に冷媒が流れるように切換操作したときの状態を示す図である。
【００１７】
図１に示すように、第１実施形態の四方弁１０は、バルブ本体１０Ａと、該バルブ本体１０Ａに取り付けられてバルブ本体１０Ａを駆動するアクチュエータ２２とから概略構成されている。
バルブ本体１０Ａには、バルブ本体１０Ａの内部空間に開口する流体の導入口１１と、流体の導出口１２と、外部の室内側の第１の熱交換器３５に接続される第１通口１３と、外部の室外側の第２の熱交換器３６に接続される第２通口１４とが設けられている。
【００１８】
ここで、導出口１２と第１通口１３と第２通口１４の内部開口は、同一平面上の弁座面１５に設けられている。また、この弁座面１５上には、２つの摺動切換位置に応じて第１通口１３と第２通口１４の一方のみを選択的に導出口１２に連通させ、第１通口１３と第２通口１４の他方を導入口１１に連通させる回転摺動弁体２０が、弁座面１５に沿って導出口１２を中心に回転摺動自在に配置されている。
【００１９】
そのため、回転摺動弁体２０は、導出口１２の中心に対応した位置に設定してある軸２１によって回転自在に支持されている。
また、回転摺動弁体２０の摺動面には、通口１３、１４と導出口１２を連通させるための連通路２７が凹部として形成されている。
【００２０】
上記導入口１１には、圧縮機３０の吐出側が導管３２を介して接続され、導出口１２には、圧縮機３０の吸入側が導管３３を介して接続されている。そして、圧縮機３０から吐出された冷媒は、導入口１１からバルブ本体１０Ａに入り、導出口１２から圧縮機３０に向けて出て行くようになっている。
【００２１】
また、第１通口１３と第２通口１４は、それぞれ室内側の第１の熱交換器３５と室外側の第２の熱交換器３６に導管３８、３９を介して連通され、第１の熱交換器３５と第２の熱交換器３６は互いに膨張弁３７を介して連通されている。２つの熱交換器３５、３６は、冷媒の流れる方向に応じて凝縮器と蒸発器の役割を交代して担うものである。
【００２２】
そして、摺動弁体１２０の操作位置により、冷媒流路が実線矢印Ａ方向側に切り換えられると、第２の熱交換器３６が凝縮器の役割を果たし、第１の熱交換器３５が蒸発器の役割を果たすものである。また、冷媒流路が点線矢印Ｂ方向側に切り換えられると、第１の熱交換器３５が凝縮器の役割を果たし、第２の熱交換器３６が蒸発器の役割を果たすものである。
【００２３】
一方、アクチュエータとしては、ＤＣモータやステッピングモータ等の回転式モータ２２が使用され、その回転出力シャフト２３の先端と摺動弁体２０との間には、回転出力シャフト２３の回転を摺動弁体２０の回転摺動として減速して伝達する減速歯車機構２５が設けられている。ここでは、減速歯車機構２５として、回転出力シャフト２３の先端にウォームギヤ２４が設けられ、摺動弁体２０の円弧アーム部２８にウォームギヤ２４と噛合するピニオンギヤ２８Ａが設けられている。
【００２４】
この四方弁１０を切り換え操作する場合は、回転式モータ２２を一方向に回転させ、図２（ｂ）に示す第１の位置までウォームギヤ２４、ピニオンギヤ２８を介して回転摺動弁体２０を回動させ、第１通口１３を導出口１２に連通させる。
【００２５】
これにより、圧縮機３０→導管３２→導入口１１の順にバルブ本体１０Ａ内に入った冷媒が、実線矢印Ａで示す方向、すなわち、第２通口１４→第２の熱交換器３６→膨張弁３７→第１の熱交換器３５→第１通口１３→摺動弁体２０内部の連通路２７→導出口１２→導管３３→圧縮機３０の順に流れ、室外側の第２の熱交換器３６が凝縮器、室内側の第１の熱交換器３５が蒸発器の役割を果たし、室内が冷却される。
【００２６】
また、回転式モータ２２を他方向に回転させ、図２（ｃ）に示す第２の位置までウォームギヤ２４、ピニオンギヤ２８を介して回転摺動弁体２０を回動させ、第２通口１４を導出口１２に連通させる。
【００２７】
これにより、圧縮機３０→導管３２→導入口１１の順にバルブ本体１０Ａ内に入った冷媒が、点線矢印Ｂで示すように、第１通口１３→第１の熱交換器３５→膨張弁３７→第２の熱交換器３６→第２通口２３→摺動弁体２０内部の連通路２７→導出口１２→導管３３→圧縮機３０の順に流れ、室内側の第１の熱交換器３５が凝縮器、室外側の第２の熱交換器３６が蒸発器の役割を果たし、室内が暖房される。
【００２８】
この四方弁１０によれば、摺動弁体を、導出口１２を中心に回転摺動する回転摺動弁体２０とし、これを減速歯車機構２５を介して回転式モータ２２で動かすようにしているので、極めて簡単な機構を組み込むだけで、高圧で押し付けられた回転摺動弁体２０を簡単に切換操作できるようになる。従って、小型化と単純化によるコスト低減が図れる。
【００２９】
また、減速歯車機構として、回転出力シャフト２３の先端にウォームギヤ２４を設けると共に、回転摺動弁体２０の円弧アーム部２８にピニオンギヤ２８Ａを設けたので、回転摺動弁体２０の回転半径を小さくしながら、かなりの減速比をコンパクトに稼ぐことができるし、逆方向トルクがモータ本体に伝わらなくなるので、冷媒圧力に拘わらず、位置決めも容易・確実にできるようになる。
【００３０】
図３は、本発明の第２実施形態の四方弁を用いた冷凍サイクルの概略構成図である。
この第２実施形態の四方弁１１０は、バルブ本体１１０Ａと、該バルブ本体１１０Ａに取り付けられてバルブ本体１１０Ａを駆動するアクチュエータ１５０とからなる。バルブ本体１１０Ａには、バルブ本体１１０Ａの内部空間に開口する流体の導入口１１と、流体の導出口１２と、外部の室内側の第１の熱交換器３５に接続される第１通口１３と、外部の室外側の第２の熱交換器３６に接続される第２通口１４とが設けられている。
【００３１】
これら導出口１２と第１通口１３と第２通口１４の内部開口は、同一平面上の弁座面１５に設けられている。また、この弁座面１５上には、２つの摺動切換位置に応じて第１通口１３と第２通口１４の一方のみを選択的に導出口１２に連通させ、第１通口１３と第２通口１４の他方を導入口１１に連通させる直線摺動弁体１２０が、弁座面１５に沿って直線摺動自在に配置されている。なお、直線摺動弁体１２０の摺動面には、通口１３、１４と導出口１２を連通させるための連通路２７が凹部として形成されている。
【００３２】
一方、アクチュエータとしては、モータ本体１５１の内部にリニアスクリュー機構（図示略）を組み込んだ直進モータ１５０が使用され、その矢印Ｃ方向の直線移動する直動型の出力シャフト１５２が、直線摺動弁体１２０の操作手段として設けられている。すなわち、出力シャフト１５２の移動方向が、直線摺動弁体１２０の移動方向と平行に設定され、出力シャフト１５２の先端が直線摺動弁体１２０に連結されている。
【００３３】
この場合は、直進モータ１５０の出力シャフト１５２の出し入れ位置により、直線摺動弁体１２０の位置を切り換えられるので、極めて簡単な機構を組み込むだけで、高圧で押し付けられた直線摺動弁体１２０を簡単に切換操作できるようになる。従って、小型化と単純化によるコスト低減が図れる。
【００３４】
なお、上記第１または第２実施形態における回転式モータ２２や直進モータ１５０のモータ本外１５１としては、ＤＣモータやステッピングモータ等の各種の回転式のモータを使用することができるが、当該モータとしてステッピングモータを用いた場合には、例えばストッパーに円弧アーム部２８を当てた位置を初期位置として設定（初期イニシャライズ）して、その後ステップ送りを実施するようにすれば、円弧アーム部２８の位置を正確にコントロールすることができるという利点が得られる。
【符号の説明】
【００３５】
１０  四方弁
１０Ａ  バルブ本体
１１  導入口
１２  導出口
１３  第１通口
１４  第２通口
１５  弁座面
３５  第１の熱交換器
３６  第２の熱交換器
２０  回転摺動弁体
２２  回転式モータ
２３  回転出力シャフト
２４  ウォームギヤ
２５  減速歯車機構
２８  円弧アーム部
２８Ａ  ピニオンギヤ
１１０  四方弁
１１０Ａ  バルブ本体
１２０  直線摺動弁体
１５０  直進モータ
１５２  出力シャフト
【図１】
2011169390.tif 000003
【図２】
2011169390.tif 000004
【図３】
2011169390.tif 000005
【図４】
2011169390.tif 000006