(57)【要約】【課題】金属製の弁体の有する利点と樹脂製の弁体の有する利点とを兼ね備えているとともに、弁体にクラックが入ったり、破壊に至ることのない四方切換弁用弁体を提供する。【解決手段】四方切換弁に使用される椀状の弁体１６を、金属製の芯材部分２０と、この金属製の芯材部分２０の開口端面部を横断するように差し渡されて、予め溶接により一体的に固定された補強用金属ピン２３と、その後、金属製の芯材部分２０の外面側および環状鍔部２０ｂに射出成形により一体化される樹脂皮膜層４０と、から構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉中空状の弁本体の一側部に接続された吐出管と、
前記弁本体の他側部に接続された吸入管と、
前記吸入管の両側に、それぞれ隣接して配置された２個の導管と、
前記弁本体内における前記吸入管および前記２個の導管の開口端面上に設けられた弁シートと、
前記弁シートの上面に摺動可能に配置された外周囲に環状鍔部を有する椀状の弁体と、を備え、
前記弁体を一方向あるいは他方向に摺動させることにより、前記吸入管と前記一方の導管との間、または、前記吸入管と前記他方の導管との間の連通状態が選択的に切換えられる四方切換弁において、
前記椀状の弁体は、金属製の芯材部分と、
この金属製の芯材部分の開口端面部を横断するように差し渡されて、予め溶接により前記金属製の芯材部分に一体的に固定された補強用金属ピンと、
前記金属製の芯材部分と前記補強用金属ピンとが溶接により一体化された後に、前記金属製の芯材部分の外面側および環状鍔部に射出成形により一体化される樹脂皮膜層と、から構成されていることを特徴とする四方切換弁用弁体。
【請求項２】
椀状の金属製の弁体を形成する工程と、
この椀状の金属製の弁体における開口端面部を横断するように補強用金属ピンを差し渡し、この補強用金属ピンと前記弁体の開口端面部とを溶接により一体に取り付ける溶接工程と、
この溶接工程により、前記補強用ピンが一体に取り付けられた前記椀状の弁体を金型内に挿入し、この金型内に射出された樹脂により、前記金属製弁体の外面側および環状鍔部に樹脂皮膜層を形成する工程と、を有することを特徴とする四方切換弁用弁体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置等における可逆冷凍サイクルに用いられる四方切換弁用弁体およびこの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、冷凍サイクルの冷媒通路に四方切換弁を設け、この四方切換弁によって冷媒通路を切り換えることにより、例えば室内の冷房と暖房とを切り換えることが行なわれている。
このような四方切換弁としては、種々のものが提案されている。その１つとして、シリンダ状の弁本体に圧縮機の吐出管に対する接続口と圧縮機の吸入管に対する接続口を設け、このうち圧縮機の吸入管に対する接続口を挾んで両側に２個の熱交換機に連通する導管に対する接続口を配置し、中央に位置する吸入管に対する接続口と、隣接する片側の熱交換機に連通する導管に対する接続口とを覆うように椀状の弁体を摺動自在に設け、この弁体の両側に設けたピストンと栓体間の作動室内に流体圧を供給し、他方の作動室内の流体圧を排気することにより弁体を摺動させ、これにより、中央の接続口と両側の接続口のいずれか一方との間を接続したものが知られている。
【０００３】
このような四方切換弁の弁体として、例えば、金属から形成されたものがある。
しかしながら、金属から形成された弁体を、吸入管などの接続口の上部を気密的に摺動させるためには、弁体の摺動面を平滑に加工しなければならず、この加工が困難であるとともに、多くの手数を要するという問題がある。
【０００４】
また、弁体が金属製であると、弁体外周囲の高熱と、弁体内部の低熱とが熱交換してしまい、冷凍サイクルの熱効率が低下してしまう虞がある。
一方、弁体摺動面の気密性を確保するために、椀状の弁体の下面に合成樹脂部材を配置したものも提供されている。このような合成樹脂部材は、通常、弁体にビスなどで固定されている。
【０００５】
しかしながら、このように弁体の下面に合成樹脂部材をビスなどで固定したものでは、弁体の繰り返しの摺動により合成樹脂部材が摩滅し、ビスの先端部が摺動面に突出してくることがあり、その場合には、弁体の円滑な摺動が妨げられてしまうという問題があった。
さらに、弁体の伝熱を防止するために、金属製弁体を二重に形成し、内部に空隙を確保することにより、熱の伝導を防止することも行なわれている。しかしながら、金属製弁体を二重に形成すると、重量増となって弁体の円滑な作動が損われてしまうことから、各金属板を薄く形成しなければならない。ところが、金属板を薄く形成すると、この弁体の外周囲は高圧で、内部は低圧であることから、圧力差により弁体が変形してしまうことがある。
【０００６】
この変形を防止するためには、各金属製弁体間をリベットで固定して両者の間を略一定にしておくことが考えられる。
しかしながら、このように、リベット止めを行なった場合は、このリベットを打ち込んだ位置から冷媒が漏れ易いという問題があり、しかも変形が生じないようにリベット止めを行なわなければならない。
【０００７】
しかも、リベット止めを行なった場合であっても、摺動性と気密性を向上させるためには、二重の金属製弁体の下面に、樹脂製摺動部材を配置しなければならず、上記の問題が同様に生じてしまう。
そこで、このように弁体を金属で形成した場合の種々の問題を解決するために、弁体全体を合成樹脂で形成することも提案されている。
【０００８】
このように、弁体全体を合成樹脂で形成すれば、摺動部も当然合成樹脂となることから、摺動性が向上し円滑に摺動する。また、これに加えて、仮に、この摺動部が繰り返しの使用により摩滅したとしても、従来のように、固定のためにビス等の金属部材が用いられていないため、金属部材が露出して円滑な作動が妨げられることもない。
【０００９】
さらに、弁体全体が合成樹脂であれば、熱伝導率が低く、弁体を介して伝熱する熱量が金属製のものに比べて少なくなるので、冷凍サイクルの熱効率低下を防止することもできる。
しかしながら、合成樹脂製の弁体ではあっても、弁体内外の圧力差により変形が生じる虞は、依然として残っており、特に、弁体の摺動面に微少な変形が生じてしまうと、その変形部分から内外の冷媒ガスの圧力差で冷媒が噴出し、冷媒の漏れを生じてしまうことになる。この問題を解決するには、弁体を形成する合成樹脂として硬質の合成樹脂を用いるか、あるいは弁体の厚さを厚くするなどの手段が考えられるが、硬質の合成樹脂を使用した場合は、コスト高となり、また摺動性能が低下してしまう。また、弁体の厚さを厚く形成すると、大型にしなければならないばかりか、急激な温度変化が生じた場合に、歪量が大きくなり、結果として、熱変形により摺動面のシール性が低下することとなる。
【００１０】
このように、弁体を合成樹脂で形成した場合であっても、金属製の弁体の場合と同様に、種々の問題が生じてしまい、全ての点で良好であるとはいえない。
そこで、今日では、軽量で、かつ充分な強度を有し、伝熱損失が少なく、しかもシール性が良好で、長期間使用しても円滑に作動させることのできる四方切換弁用弁体として、金属製の芯材部分の外側に、合成樹脂製の樹脂皮膜層を射出成形し、さらに補強用の金属ピンを差し渡したものも提供されている。（例えば、特許文献１参照）
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−３２５７４２号公報（第３頁、図３）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平５−３２５７４２号広報に開示された四方切換弁において、補強用の金属ピンは、樹脂皮膜層を射出成形した後に、中空部を横断するように差し渡されて、金属製の芯材部分と樹脂皮膜層とに形成した孔に差し込まれている。
【００１３】
ところが、このようにして金属ピンを差し込む場合には、ピンの長さを弁体開口端面部よりも、またピンの径を弁体開口部孔よりも若干大きく形成し、これにより嵌合状態を強固にしなければならない。
しかしながら、このように弁体開口端面部及び開口部孔に対してピンの長さ及び径を大きく設定すると、弁体開口部に大きな負担がかかるため、ピンを差し込むときの力の掛け具合によっては、樹脂皮膜層にクラックが入ってしまうという問題があった。また、温度差の大きい使用条件下では、クラックが拡大して場合によっては弁体が破壊されてしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、このような実状に鑑み、金属製の弁体の有する利点と樹脂製の弁体の有する利点とを兼ね備えているとともに、弁体にクラックが入ったり、破壊に至ることのない四方切換弁用弁体を提供することにある。
また、本発明は、このような四方切換用弁体の好ましい製造方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る四方切換弁用弁体は、
密閉中空状の弁本体の一側部に接続された吐出管と、
前記弁本体の他側部に接続された吸入管と、
前記吸入管の両側に、それぞれ隣接して配置された２個の導管と、
前記弁本体内における前記吸入管および前記２個の導管の開口端面上に設けられた弁シートと、
前記弁シートの上面に摺動可能に配置された外周囲に環状鍔部を有する椀状の弁体と、を備え、
前記弁体を一方向あるいは他方向に摺動させることにより、前記吸入管と前記一方の導管との間、または、前記吸入管と前記他方の導管との間の連通状態が選択的に切換えられる四方切換弁において、
前記椀状の弁体は、金属製の芯材部分と、
この金属製の芯材部分の開口端面部を横断するように差し渡されて、予め溶接により前記金属製の芯材部分に一体的に固定された補強用金属ピンと、
前記金属製の芯材部分と前記補強用金属ピンとが溶接により一体化された後に、前記金属製の芯材部分の外面側および環状鍔部に射出成形により一体化される樹脂皮膜層と、から構成されていることを特徴としている。
【００１６】
係る構成の四方切換弁用弁体によれば、芯材部分が金属製であるため、十分な機械的強度を得ることができ、また強度を補強するための金属ピンが予め芯材部分に一体に固定されているので、変形などが生じるのを防止することができる。さらに、摺動面となる弁体の下面は、合成樹脂製であるため、精密加工が容易であり、気密性を十分に確保することができるとともに、熱伝導を低く抑えることができる。
【００１７】
したがって、このような四方切換弁用弁体によれば、仮に温度差の激しい条件下で用いたり、あるいは弁体内外に大きな圧力差が生じたりしても、クラックの発生、破損、あるいは弁体の破壊に至ることを防止することができる。
また、本発明に係る四方切換弁用弁体の製造方法は、
椀状の金属製の弁体を形成する工程と、
この椀状の金属製の弁体における開口端面部を横断するように補強用金属ピンを差し渡し、この補強用金属ピンと前記弁体の開口端面部とを溶接により一体に取り付ける溶接工程と、
この溶接工程により、前記補強用ピンが一体に取り付けられた前記椀状の弁体を金型内に挿入し、この金型内に射出された樹脂により、前記金属製弁体の外面側および環状鍔部に樹脂皮膜層を形成する工程と、を有することを特徴としている。
【００１８】
このような本発明の製造方法によれば、合成樹脂皮膜層の射出成形後に金属ピンを差し込むという工程がなくなるので、弁体にクラックが生じたり、破損したり、破壊してしまうといった不具合のない四方切換弁用弁体を容易に製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る製造方法で製造された四方切換弁用弁体を示したものである。
この四方切換弁の弁本体１は、円筒状に形成され、両端部に栓体２，３が固着されている。また、弁本体１の一側部には、接続口１１ｄが形成され、この接続口１１ｄに、コンプレッサ等の圧縮機４に接続される吐出管５が連結されている。
【００２０】
また、弁本体１の他側部には、３つの接続口１１ａ、１１ｂ、１１ｃが形成され、中央の接続口１１ａに、圧縮機４に接続される吸入管６が接続されるとともに、その両側の接続口１１ｂ、１１ｃに、熱交換器７，８にそれぞれ連結される導管９，１０がそれぞれ接続されている。
一方、弁本体１内に挿入された吸入管６、導管９、導管１０の開口端面の上部には、それらの開口に対応する孔がそれぞれ形成された弁シート１１が設置されている。
【００２１】
さらに、弁本体１内には、弁シート１１と栓体２との間にピストン１２が、弁シート１１と栓体３との間にピストン１３が設けられ、ピストン１２とピストン１３との間に、高圧室Ｒ１　が画成されている。また、ピストン１２とピストン１３とは、連結板１４によって一体的に移動可能に連結されている。また、ピストン１２と栓体２との間に形成された作動室Ｒ２と、ピストン１３と栓体３との間に形成された作動室Ｒ３　とは、それぞれ導管２´　及び導管３´　によって四方切換パイロット弁１５に連結されている。なお、本実施例において、このパイロット弁１５は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示した接続経路が構成される。すなわち、図２（Ａ）に示した接続経路では、導管２’と導管５’との間、および導管３’と導管６’との間が接続され、図２（Ｂ）に示した接続経路では、導管２’と導管６’との間、および導管３’と導管５’との間がそれぞれ接続される。
【００２２】
このようなパイロット弁１５が、作動室Ｒ２と作動室Ｒ３　との間に介在されることにより、本実施例の四方切換弁では、作動室Ｒ２　及びＲ３　のいずれか一方の作動室が、導管５´　によって吐出管５に連通するとき、他方の作動室が、導管６´　によって吸入管６に連通するよう構成されている。
弁本体１内の弁シート１１上には、連通用凹部１６ａと環状鍔部１６ｂとを有する椀状の弁体１６が設けられている。そして、弁体１６は連結板１４の孔１４ａ内に緩く嵌合されている。したがって、弁体１６は、ピストン１２及び１３が図１において左右方向に移動することに伴って弁シート１１上を摺動し、圧縮機４に接続された吸入管６の低圧側接続口１１ａを、その両側の熱交換器側接続口１１ｂ，１１ｃのいずれか一方と連通させると共に、他方の熱交換器側接続口を高圧室Ｒ１　に開放する。
【００２３】
この椀状の弁体１６は、図３（Ａ），（Ｂ）および図４に示したように、本体側が金属製の芯材部分２０と、合成樹脂製の樹脂皮膜層４０とからなるもので、外側の樹脂皮膜層４０を金型により射出成形するときに、芯材部分２０との間が一体化される。なお、本発明では、樹脂皮膜層４０を金型により射出成形する前に、金属製の芯材部分２０の開口部付近に金属ピン２３が差し渡され、その両端部が両側壁２１，２２に溶接により一体化されている。
【００２４】
以下に、このような弁体１６の、さらに詳細な製造方法について説明する。
先ず、薄い板状の金属素材が用意され、この金属素材からプレス型を用いることにより、図５（Ａ）に示したように、中央部に椀状の連通用凹部２０ａと、その外周囲に環状鍔部２０ｂが形成された芯材部分２０が形成される。
次いで、図５（Ｂ）に示したように、補強用金属ピン２３の両端部が、開口端面部に差し渡され、両側壁２１，２２に溶接により一体的に取り付けられる。
【００２５】
このようにして、金属製の芯材部分２０と補強用金属ピン２３とが溶接により一体化されたら、図６（Ａ）に示したように、下金型２４と上金型２８との間に上記した金属製の芯材部分２０を配置する。なお、
この時、弁体１６の内面形状に一致する内面を有し、水平状の環状鍔部２０ａを有する芯材部分２０を、下型２４の突起２５に係合する孔２６を係合させて載置する。このとき、芯材部分２０に一体的に固定された金属ピン２３は、図６（Ｂ）に示したように、下型２４に形成された細溝状の凹溝４１内に収容される。下型２４を配置したら、その上に弁体１６の外面形状をなす上型２８を配置する。
【００２６】
こうして金型２４，２８が組み込まれたら、上金型２８の注入口２９からキャビティ４２内に合成樹脂を射出し、冷却後に、上型２８と下型２４とを分離し離型する。これにより、図３に示したように、金属製の芯材部分２０の外側に合成樹脂皮膜４０が一体に被覆された弁体１６が完成する。また、芯材部分２０の環状鍔部２０ｂの表面も、合成樹脂により覆われて、摺動部を構成する環状鍔部１６ａが形成されることになる。
【００２７】
上記樹脂被覆層４０を形成する樹脂としては、耐熱、耐圧性を有し適度の摺動なじみを有する各種の樹脂が使用可能であるが、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）樹脂あるいはＰＦＡ（四弗化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン）樹脂等が適切であり、補強用の芯材部分２０としてはステンレス鋼等が適切である。
【００２８】
このように構成された四方切換弁は、図１に示したように、例えば、冷凍システムにおいて冷媒の流れを冷房用と暖房用とに切り換える場合に使用される。
このとき、弁体１６は外周囲から高温の冷媒の圧力を受けて、弁シート１１に圧着された状態で円滑に摺動する。また、合成樹脂皮膜層４０の内部に金属製の芯材部分２０が一体に設置されているので、合成樹脂皮膜層４０を薄くしても金属製の芯材部分２０の補強作用により変形が防止される。よって、変形に起因したシール性の低下、または冷媒ガスの漏れ等を防止しつつ、円滑に弁体１６をスライドさせることができる。
【００２９】
しかも、芯材部分２０と金属ピン２３とは、予め溶接により一体に固着されているため、従来例のように、孔を形成するなどして無理な力をかけて金属ピンが合成樹脂皮膜層４０に嵌合されていないので、製造過程において、弁体にクラックが生じることはない。また、冷凍システムの霜取り作動時等のように、弁体内に急激な温度変化が生じた場合であっても、クラックが入ったり、破壊されてしまうようなことはなく、安定した状態で長期に亘り使用することができる。
【００３０】
以上説明したように、本発明に係る四方切換弁用弁体によれば、補強用の金属ピン２３が、予め金属製の芯材部分２０に溶接により一体化されているので、従来のように無理な力をかけて金属ピンを小さな孔に嵌合させる必要がない。したがって、従来のように金属ピンを使用することで、クラックが入ったり割れが入ったりすることはない。また、激しい温度差が生じる条件下で使用されたとしても、割れが入ったり、破損されたりすることはない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る四方切換弁用弁体によれば、製造時において、補強用の金属ピンが、この金属ピンの径より小径に形成された芯材部分の孔あるいは合成樹脂皮膜層の孔などに差し込まれることはないので、製造の過程において、クラックが入ってしまうことはない。また、激しい温度差が生じる条件下で使用されたとしても、製造時からのクラックが存在しないので、クラックが拡大して破損したり、破壊したりしてしまうことはない。
【００３２】
さらに、弁体は合成樹脂製のため熱伝導率が低いことから、弁体を通じて高温の冷媒と低温の冷媒とが熱交換して冷凍サイクルの効率を低下させることが少なくなる。また、弁体のスライド時に、摺動面が合成樹脂であるので円滑に作動させることができる。
さらに、金属製の芯材部分で合成樹脂皮膜層の強度を補っているので、弁体全体の厚さを薄くしても充分な強度を発揮させることができ、弁全体の小型化に寄与する。また、霜取り時のように、弁体内が急激に温度が変化して、これにより合成樹脂皮膜層が変形しようとしても、金属製の芯材部分が一体的に設置されていることから、変形が生じることはなく、また、樹脂皮膜層の剥離も生じることはない。
【００３３】
さらに、本発明に係る製造方法は、予め芯材部分に金属ピンが溶接により一体化されているので、寸法誤差などが生じ難い。したがって、本発明の製造方法は、製造が容易である。さらに、温度差の激しい使用条件下であっても、溶接部が剥がれてしまうようなこともない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例により製造された四方切換用弁が冷凍サイクルに使用された場合の断面図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１の冷凍サイクルで使用されたパイロット弁の１つの接続経路を示した概略図、図２（Ｂ）は、パイロット弁の他の接続経路を示した概略図である。
【図３】図３（Ａ）は本実施例で製造された四方切換弁用弁体の断面図で、図３（Ｂ）は本実施例で製造された四方切換用弁体の底面図である。
【図４】図４は図３におけるＡ−Ａ線方向の断面図である。
【図５】図５（Ａ）は板状の金属素材からプレスなどで形成された芯材部分の正面図、図５（Ｂ）は同金属製の芯材部分に補強用金属ピンを溶接したときの芯材の正面図である。
【図６】図６（Ａ）は、金型内に金属製の芯材部分を挿入する場合の分解断面図、図６（Ｂ）は金型内に芯材部分を組み込んで樹脂を射出する前の断面図である。
【符号の説明】
１　弁本体
４　圧縮機
５　吐出管
６　吸入管
９　導管
１０　導管
１１　弁シート
１１ａ　接続口
１１ｂ　接続口
１１ｃ　接続口
１６　弁体
１６ａ　環状鍔部
２０　芯材部分
２０ｂ　環状鍔部
２３　補強用金属ピン
２４　下型
２８　上型
４０　樹脂皮膜層
【図１】
2004125238.tif 000003
【図２】
2004125238.tif 000004
【図３】
2004125238.tif 000005
【図４】
2004125238.tif 000006
【図５】
2004125238.tif 000007
【図６】
2004125238.tif 000008