(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に並べられた３つの導管と、当該導管の開口端に連結される弁座と、当該弁座上を摺動する摺動弁体とからなり、前記弁座及び前記摺動弁体の双方には互いに摺動するための弁座摺動面及び弁体摺動面を夫々具備しており、前記摺動弁体の前記弁体摺動面が前記弁座の前記弁座摺動面上を摺動によって前記３つの導管のうちの２つの前記導管の連通を選択的に切り換える四方切換弁であって、
前記摺動弁体の前記弁体摺動面には、前記弁座の前記弁座摺動面を摺動開始する際、密着する前記弁座の前記弁座摺動面から離間させるための離間手段が設けられており、
前記弁座の前記弁座摺動面には、前記摺動弁体の摺動による前記導管の連通の切換えが完了する位置において、前記離間手段を収納する凹部が形成され、
前記摺動弁体の前記弁体摺動面には、前記離間手段によって前記摺動弁体が前記弁座の前記弁座摺動面から離間する際に支点となり、前記離間手段と共に前記摺動弁体を支持する突起部を備えることを特徴とする四方切換弁。
【請求項２】
並列に並べられた３つの導管と、当該導管の開口端に連結される弁座と、当該弁座上を摺動する摺動弁体とからなり、前記弁座及び前記摺動弁体の双方には互いに摺動するための弁座摺動面及び弁体摺動面を夫々具備しており、前記摺動弁体の前記弁体摺動面が前記弁座の前記弁座摺動面上を摺動によって前記３つの導管のうちの２つの前記導管の連通を選択的に切り換える四方切換弁であって、
前記摺動弁体の前記弁体摺動面には、前記弁座の前記弁座摺動面を摺動開始する際、密着する前記弁座の前記弁座摺動面から離間させるための離間手段が設けられており、
前記弁座の前記弁座摺動面には、前記摺動弁体の摺動による前記導管の連通の切換えが完了する位置において、前記離間手段を収納する凹部が形成され、
前記弁体摺動面の四隅に前記離間手段が配置されると共に、前記弁座摺動面に８つの前記凹部が設けられ、
前記摺動弁体の切換が完了する一方の位置では、前記四隅の前記離間手段が前記８つの凹部のうち４つの凹部に収納され、前記摺動弁体の切換が完了する他方の位置では、前記四隅の前記離間手段が前記一方の位置で収納される４つの凹部とは異なる４つの凹部に収納され、
前記弁座には、前記３つの導管のそれぞれに連通された開口部が前記弁座摺動面に設けられており、
前記摺動弁体の摺動方向において、前記開口部のうち端部側の開口部と中央の開口部の間の凹部は、前記端部側の開口部よりも前記中央の開口部に近い位置に設けられていることを特徴とする四方切換弁。
【請求項３】
前記離間手段は、前記弁体摺動面より突出した回転体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】
前記回転体は、ロール又はボールであることを特徴とする請求項３記載の四方切換弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機器、空調機器等の冷凍サイクルシステムに用いられる四方切換弁に関し、特に、耐久性を向上させつつ騒音の発生を抑制することを可能とする流路切換可能な弁体を用いた四方切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調機器等で使用される冷凍サイクルシステムでは、四方切換弁を用いて冷媒流路の切換を行い、冷暖房機能のスイッチが可能なよう構成されている。例えば本出願人は、特許文献１に示すような、コントロール部の制御によりピストンを介して左右に摺動することで、下部に配置した各導管から連通する導管を切換えて冷媒の流路を形成する四方切換弁を開示している。
【０００３】
このような弁体において、弁座と当接して弁体の内外を気密にし、連通する各導管から冷媒が漏れださないようにするために、弁体の底面にシール部を施す方法が知られている。このシール部は気密性を高めるためにゴムなどの弾性を有する樹脂を用いることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４１６３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来使用されている弁体は、柔軟な樹脂製のシール部を摺動面とすることから、非常に大きな摩擦力がシール部の摺動面にかかることで摩耗してしまい、耐久性に課題があった。また、その大きな摩擦力が原因となってスティックスリップ現象が発生し、騒音の一因ともなっている。このスティックスリップ現象を抑制する方法として、シール面を粗く形成することで摩擦力を低減して発生を抑制する方法が知られているが、この場合冷媒漏れを防止するという、シール面を備える本来の目的である気密性を損なう虞があった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール面が摩耗することがなく耐久性を向上させた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】
【０００６】
本発明の四方切換弁は、並列に並べられた３つの導管と、当該導管の開口端に連結される弁座と、当該弁座上を摺動する摺動弁体とからなり、前記弁座及び前記摺動弁体の双方には互いに摺動するための弁座摺動面及び弁体摺動面を夫々具備しており、前記摺動弁体の前記弁体摺動面が前記弁座の前記弁座摺動面上を摺動によって前記３つの導管のうちの２つの前記導管の連通を選択的に切り換える四方切換弁であって、前記摺動弁体の前記弁体摺動面には、前記弁座の前記弁座摺動面を摺動開始する際、密着する前記弁座の前記弁座摺動面から離間させるための離間手段が設けられており、前記弁座の前記弁座摺動面には、前記摺動弁体の摺動による前記導管の連通の切換えが完了する位置において、前記離間手段を収納する凹部が形成され、前記摺動弁体の前記弁体摺動面には、前記離間手段によって前記摺動弁体が前記弁座の前記弁座摺動面から離間する際に支点となり、前記離間手段と共に前記摺動弁体を支持する突起部を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の四方切換弁は、並列に並べられた３つの導管と、当該導管の開口端に連結される弁座と、当該弁座上を摺動する摺動弁体とからなり、前記弁座及び前記摺動弁体の双方には互いに摺動するための弁座摺動面及び弁体摺動面を夫々具備しており、前記摺動弁体の前記弁体摺動面が前記弁座の前記弁座摺動面上を摺動によって前記３つの導管のうちの２つの前記導管の連通を選択的に切り換える四方切換弁であって、前記摺動弁体の前記弁体摺動面には、前記弁座の前記弁座摺動面を摺動開始する際、密着する前記弁座の前記弁座摺動面から離間させるための離間手段が設けられており、前記弁座の前記弁座摺動面には、前記摺動弁体の摺動による前記導管の連通の切換えが完了する位置において、前記離間手段を収納する凹部が形成され、前記弁体摺動面の四隅に前記離間手段が配置されると共に、前記弁座摺動面に８つの前記凹部が設けられ、前記摺動弁体の切換が完了する一方の位置では、前記四隅の前記離間手段が前記８つの凹部のうち４つの凹部に収納され、前記摺動弁体の切換が完了する他方の位置では、前記四隅の前記離間手段が前記一方の位置で収納される４つの凹部とは異なる４つの凹部に収納され、前記弁座には、前記３つの導管のそれぞれに連通された開口部が前記弁座摺動面に設けられており、前記摺動弁体の摺動方向において、前記開口部のうち端部側の開口部と中央の開口部の間の凹部は、前記端部側の開口部よりも前記中央の開口部に近い位置に設けられていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の四方切換弁は、前記離間手段は、前記弁体摺動面より突出した回転体であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の四方切換弁は、前記回転体は、ロール又はボールであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による四方切換弁によれば、摺動弁体の摺動に際し、摺動弁体と弁座とを離間させて、摺動弁体のシール部と弁座摺動面とに距離を持たせることで、摩擦力の高いシール部によってスティックスリップ現象が生じることを防止することができ、シール部の摩耗を防止して耐久性を向上させることが可能となる。
また、従来スティックスリップ現象を防止する観点からシール部表面を粗く形成して摩擦係数を低下させることが行われていたが、弁体の移動時においてシール部は弁座の摺動面と摩擦することがないため、摩擦力が大きく、より密着が可能な表面形状を有する素材をシール部として採用することが可能となり、弁体の気密性の向上も見込まれる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による四方切換弁の全体図を示す説明図である。
【図２】本発明による第一実施例を示す、（ａ）弁座の平面図、（ｂ）弁座の断面図である。
【図３】本発明による第一実施例を示す、（ａ）弁体の底面図、（ｂ）弁体の断面図、（ｃ）弁体の要部拡大図である。
【図４】本発明による第一実施例を示す、第２導管と第４導管を連通した状態の弁体及び弁座を示す断面図である。
【図５】本発明による第一実施例を示す、連通する導管を切換える最中の弁体及び弁座を示す断面図である。
【図６】図５における弁体の支点を示す、要部拡大断面図である。
【図７】本発明による第一実施例を示す、第２導管と第３導管を連通した状態の弁体及び弁座を示す断面図である。
【図８】本発明による第二実施例を示す、（ａ）弁座の平面図、（ｂ）弁座の断面図である。
【図９】本発明による第二実施例を示す、（ａ）弁体の底面図、（ｂ）弁体の断面図である。
【図１０】本発明による第二実施例を示す、第２導管と第４導管を連通した状態の弁体及び弁座を示す断面図である。
【図１１】本発明による第二実施例を示す、連通する導管を切換える最中の弁体及び弁座を示す断面図である。
【図１２】本発明による第二実施例を示す、第２導管と第３導管を連通した状態の弁体及び弁座を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付した図面に基づいて、本発明を説明する。
【実施例１】
【００１３】
まず、本発明による四方切換弁の第１実施例を、図１乃至図７を参照して説明する。また本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際の使用状態での位置、方向を指すものではない。
【００１４】
図１に示す四方切換弁１００は、内部を密閉空間とするシリンダ状の弁本体１が設けられている。この弁本体１には、開口部１４が形成され、該開口部１４には、密閉空間と連通し圧縮機（不図示）からの高温高圧の冷媒が流入する第１導管２１を連結し、さらに開口部１４には、第１導管２１と対向する位置に圧縮機（不図示）の吸入管に連結され低温低圧の冷媒が流入する第２導管２２を連結している。また、第２導管２２を挟んで対向する位置に熱交換器（不図示）に連結される第３導管２３及び第４導管２４が、弁本体１の密閉空間と連通するよう弁本体１に連結されている。
【００１５】
弁本体１はその内部に、第２導管２２、第３導管２３、第４導管２４の夫々に対応した開口部１１ａ、１１ｂ、１１ｃを具備する弁座１１と、弁座１１上に摺動可能に取り付けられる樹脂製の弁体１０を具備する。弁体１０は、ナイロン等の樹脂で形成され、弁座１１は、真鍮等の金属で形成される。弁体１０は弁座１１上を摺動することで第２導管２２と、第３導管２３及び第４導管２４との何れかを切換可能に連通させるものである。弁体１０には適宜連結部を介して第１のピストン３１と第２のピストン３２を対向して連結している。夫々のピストンは、弁本体１の端部に設けられたエンドカバー１２、１３と弁体１との間に作動室４１、４２を形成する。
【００１６】
弁本体１は、その動作を制御するためのパイロット部５０、及びこれらを接続し気体又は液体等の流体を流す配管とを具備している。弁本体１はパイロット部５０の制御によって弁本体１の作動室４１、４２にかかる圧力を制御し、夫々の作動室に係る圧力の差によって第１のピストン３１及び第２のピストン３２を何れか一方の側へ押し込むことで、夫々のピストンと固定された連結部３３、３４に遊嵌された弁体１０を摺動させて、第３導管２３と第４導管２４の何れか一方と第２導管２２とを切換可能に連通させる。このとき、第２導管２２と連通しなかった他方の導管は第１導管２１と連通することになる。このような構成を有する四方切換弁１００は、例えば図１に示す冷房時において、第１道管２１から第３道管２３へ弁体１０の外側に沿って圧縮機の高温高圧の冷媒が流れ、第４道管２４から第２道管２２に後述する弁体１０の内側に設けられた冷媒流路１０ａに沿って熱交換器から排出された低温低圧の冷媒が流れ、圧縮機の吸入管に流入する。図１の状態から弁体１０を摺動させて冷房から暖房に切り換えた状態（不図示）においては、第１道管２１から第４道管２４へ弁体１０の外側に沿って圧縮機の高温高圧の冷媒が流れ、第３道管２３から第２道管２２に後述する弁体１０の内側に設けられた冷媒流路１０ａに沿って熱交換器から排出された低温低圧の冷媒が流れ、圧縮機の吸入管に流入する。
【００１７】
図２に、弁座１１の平面図及び断面図を示す。図２（ａ）は弁座１１の平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）におけるＡ−Ａ線における弁座１１の側面断面図である。弁座１１は後述の弁体１０が載置され摺動する弁座摺動面１１ｄを具備し、弁座摺動面１１ｄには前述の各導管を連通するための開口部１１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成される。また弁座１１の弁座摺動面１１ｄには２個を一対として弁体の位置決めをするための凹部１１ｅ、１１ｅ及び１１ｆ、１１ｆが形成されている。
【００１８】
図３に、弁体１０の平面図、断面図、要部拡大断面図を示す。図３（ａ）は弁体１０の底面図であり、図３（ｂ）はＢ−Ｂ線における弁体１０の断面図である。また、図３（ｃ）は図３（ｂ）における要部拡大断面図である。弁体１０の底面には、開口部１０ａが設けられ、開口部１０ａを介して隣り合う導管を連通させてその内側が冷媒の流路となるよう膨出部１０ｂを形成する。開口部１０ａの近傍にピストン側へと延設する鍔部１０ｃが設けられており、その底面には弁座１１の弁座摺動面１１ｄと対向する弁体摺動面１０ｄが形成されている。また、開口部１０ａの中央には強度向上のための補強ピン１０ｅが設けられている。弁体１０の底面には、開口部１０ａを取り囲むようにシール部１０ｆが設けられており、弁座１１の弁座摺動面１１ｄとシール部１０ｆが密着することで気密となり、弁体１０の外側を流れる高温高圧の冷媒が弁体１０の内側に漏れだすことがなくなる。
【００１９】
弁体１０は、一方の鍔部１０ｃの弁体摺動面１０ｄに、摺動を円滑に行うための手段であり、且つ弁体１０を弁座１１から離間させる離間手段であるボール１０ｇを具備している。ボール１０ｇは、図３（ｃ）に示すようにその一部を弁体１０の底面より下方に突出するよう位置決めされると共に、弁体１０の鍔部１０ｃの底面に設けられたワッシャー１０ｈによって離脱しないよう、回転自在に遊嵌されている。また、ボール１０ｇ及びワッシャー１０ｈが設置されない他方の鍔部１０ｃの弁体摺動面１０ｄには、弁体１０の摺動の際にボール１０ｇと共に弁体１０を支持する支点たる突起部１０ｉが弁体１０と一体的に形成される。ボール１０ｇ及びワッシャー１０ｈ、並びに突起部１０ｉの数は、弁体１０の大きさによって適宜選択可能であるが、弁体１０を弁座１１上に支持するため、少なくとも２以上ずつ設けることが望ましい。
【００２０】
尚、弁体１０は第１のピストンに固定された連結部３３及び第２のピストンに固定された連結部３４に遊嵌されているが、弁体１０の移動による導管の流路切換えの際、弁体１０の底面から突出したボール１０ｇの高さの分だけ弁座１１から離間する必要があるため、弁体１０と連結部３３、３４との間には、ボール１０ｇの高さの分ズレることを可能とするため、少なくとも上下動自在となるように若干の隙間が形成されている。これに加えて前後左右動自在となるように若干の隙間を形成した場合には、その隙間の中で弁体１０がより自由に動くことができるので、弁体１０と弁座１１との密着性が向上する。
【００２１】
続いて、図２に示す弁座１１の上を、弁体１０が移動して連通する導管の切換えを行う態様について、図４乃至図７に基づいて説明する。尚、以下の説明において、上下左右等の方向に関する記載は、図４乃至図７における方向と同一であるものとする。図４は、弁体１０によって第２の導管２２と第４の導管２４とが連通した状態を示す、弁体１０及び弁座１１の断面図である。弁体１０は、シール部１０ｆと弁座１１の弁座摺動面１１ｄとが密着するように載置した状態である。このとき、弁座１１に形成される凹部１１ｅに、ボール１０ｇの弁体１０の底面から突出した分が完全に収まる状態となることが求められる。
【００２２】
続いてコントロール部５０によってピストン３１、３２が図における右方向に移動すると、弁体１０は図５に示すような態様となる。ボール１０ｇが凹部１１ｅから弁座摺動面１１ｄに乗り上げることで、シール部１０ｆは弁座摺動面１１ｄから離間し、弁体１０全体が傾く。このとき、弁体１０のボール１０ｇが配置される鍔部１０ｃと反対側では、図６の要部拡大断面図に示すように、シール部１０ｆに変わって突起部１０ｉが弁座１１の弁座摺動面１１ｄと当接する。これによってシール部１０ｆは弁座１１の弁座摺動面１１ｄと接触することなく、完全に離間することができる。
【００２３】
この状態でピストン３１、３２はさらに右へ移動し、それに伴い弁体１０も、ボール１０ｇが回転しつつ突起部１０ｉが弁座１１の弁座摺動面１１ｄを摺動し、右へ移動する。弁体１０の開口部１０ａが、第２導管２２及び第３導管２３を連通する位置まで移動すると、ボール１０ｇが弁座１１の凹部１１ｆへと収納され、シール部１０ｆが弁座摺動面１１ｄと密着して導管の切換えが完了する。第２導管２２及び第３導管２３が連通した状態から、第２導管２２及び第４導管２４が連通するよう切換える際は、上述の動作を逆に行うこととなる。
【００２４】
以上のような弁体１０及び弁座１１を用いることで、導管を連通している状態ではシール部１０ｆと弁座摺動面１１ｄが密着することで弁体１０の内外に冷媒が漏れだすことを防止することができ、連通する導管を切り換える際には、弁体１０はボール１０ｇ及び突起部１０ｉによってシール部１０ｆと弁座摺動面１１ｄとを離間させることができ、弁体１０の移動の際にシール部１０ｆが摩耗することもなく、スティックスリップ現象も生じないため、弁体１０の耐久性の向上と騒音防止に非常に効果的である。シール部１０ｆの摩耗を勘案する必要がないため、従来よりもさらに密着性の高い材質を用いることが可能となり、更なる弁体１０の性能向上も見込まれる。
【実施例２】
【００２５】
続いて、本発明による四方切換弁の他の構成を有する実施例２について、図８乃至図１２を参照して説明する。尚、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
実施例２では、実施例１と同様に、第２導管２２及び第４導管２４が連通した状態の弁体が、第２導管２２及び第３導管２４が連通するよう切換える動作を例に説明を行う。図８（ａ）は実施例２における弁座１１の平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＣ−Ｃ線における弁座１１の断面を示す側面断面図である。図８に示すように、実施例１の態様に加えて、弁座１１に新たに凹部１１ｇ、１１ｈを形成する。また、図９に示すように、実施例１の突起部１０ｉに換えて、ボール１０ｊ及びワッシャー１０ｋを設置する。ボール１０ｊ及びワッシャー１０ｋの構成は、実施例１のそれと同様である。
【００２７】
図１０は、実施例２における第２の導管と第４の導管とを連通する態様の弁体１０及び弁座１１を示す。実施例１と同様、ボール１０ｇは弁座１１に設けられた凹部１１ｅに収容される。同様に、実施例２ではピストン３２側のボール１０ｊが、弁座１１に設けられた凹部１１ｇに収容される。
【００２８】
コントロール部５０によってピストン３１、３２が制御されることで、図１１に示すように、弁体１０が図の右側に移動する。その際、ボール１０ｇ、１０ｊが弁座１１の弁座摺動面１１ｄに乗り上げ、走行することで移動を行う。図１２に示すように、そのままボール１０ｇが凹部１１ｆに、ボール１０ｊが凹部１１ｈに収納されることで弁体１０の移動が完了し、第２導管２２及び第３導管２３を連通するよう位置決めが行われて、切換えが完了する。
【００２９】
上述のような実施例２の構成によればピストン３１側とピストン３２側の双方にボール１０ｇ、１０ｊを設けたので、弁体摺動面１０ｄが弁座摺動面１１ｄに接触して摺動することなく、ボールの回転によって移動を行うことができるので、弁体摺動面１０ｄと弁座摺動面１１ｄとで摩擦が生じることがなく、構造は複雑となるが耐久性は著しく向上する。
【００３０】
本発明の四方切換弁は、以上説明したような構造を備えているが、それらの構造のみに限定されるのではなく、本発明の特許請求の範囲に記載された発明思想を備える限りにおいて、種々の変更が可能である。例えば、弁体１０にボール１０ｇ、１０ｊを用いるとしたが、これに限定せず、例えば弁体１０の移動方向に沿って回転可能に枢支するロールや、その他の適宜手段を用いても何ら問題ない。また、弁座１１に設ける凹部１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈの夫々は、図示した形状に限定するものではなく、弁体１０のシール部１０ｆが弁座１１の弁座摺動面１１ｄに密着することができるよう、種々の形状にて形成することができる。
【符号の説明】
【００３１】
１００      四方切換弁
１          弁本体
１０        弁体
１０ａ      開口部
１０ｂ      膨出部
１０ｃ      鍔部
１０ｄ      弁体摺動面
１０ｅ      補強ピン
１０ｆ      シール部
１０ｇ、１０ｊ      ボール（離間手段）
１０ｈ、１０ｋ      ワッシャー
１０ｉ      突起部（支点）
１１        弁座
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  開口部
１１ｄ      弁座摺動面
１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ      凹部
１２、１３  エンドカバー
１４        開口部
２１        第１導管
２２        第２導管
２３        第３導管
２４        第４導管
３１        第１のピストン
３２        第２のピストン
３３、３４  連結部
４１        第１の作動室
４２        第２の作動室
５０        パイロット部
【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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