(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の流体通路を同時に切り換えることができる多方向切換弁において、
高圧配管から高圧流体が導入される高圧室内に配置され、閉弁時には前記高圧室内に向けて形成された弁座に高圧の受圧によって着座される主弁と、
前記主弁を貫通して配置され、常時閉弁する方向に付勢されて前記主弁の閉弁時には閉弁されるパイロット弁と、
前記主弁の下流側に配置され、前記主弁の開弁時には前記パイロット弁および前記主弁を開弁位置に付勢するとともに、前記主弁の閉弁時には前記パイロット弁および前記主弁から離れるよう付勢されて前記高圧流体を中圧配管へ通過させる低圧閉じ弁と、
前記中圧配管と低圧配管との間であって前記主弁および前記低圧閉じ弁と同一軸線上に配置され、前記主弁の閉弁時には前記低圧閉じ弁と離れて前記中圧配管から前記低圧配管への通路を連通状態にし、前記主弁の開弁時には前記低圧閉じ弁により閉じられて前記中圧配管と前記低圧配管とを非連通状態にする筒状弁と、
を複数組備え、かつ、
前記筒状弁をその軸線方向に移動させて前記筒状弁および前記主弁の開閉を行うモータを備えており、
前記低圧閉じ弁は、前記主弁から離れる方向に付勢されていて、前記筒状弁が前記主弁から離れる方向に移動したときに前記主弁が弁座に着座した後、前記パイロット弁から離れた位置で段差部に係止されることで移動が停止され、前記筒状弁を開弁させるようにしたことを特徴とする多方向切換弁。
【請求項２】
前記筒状弁は、前記モータの出力軸に設けられたギヤと噛合されるラックを有し、前記モータの回転方向により往復移動されることを特徴とする請求項１記載の多方向切換弁。
【請求項３】
前記主弁、パイロット弁、低圧閉じ弁、および筒状弁からなる組を前記モータの出力軸を挟んで両側に複数並置したことを特徴とする請求項２記載の多方向切換弁。
【請求項４】
前記低圧閉じ弁は、弁体の周囲に突設された複数のガイド部を有し、前記ガイド部間に形成される空間を、前記高圧流体を中圧配管へ通過させる通路としたことを特徴とする請求項１記載の多方向切換弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は多方向切換弁に関し、特に複数の流体通路を同時に切り換えることができる多方向切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の流体通路を切り換える代表的なものとして、たとえば自動車のヒートポンプ方式冷暖房装置などにおいて冷暖房モードの切り換え時に冷媒管路の切り換えを行う四方向切換弁が知られている。
【０００３】
図６は従来の四方向切換弁の一例を示す断面図である。
この四方向切換弁は、４本の外部配管が接続される４つのポートＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを有し、ポートＡとポートＢとが連通してポートＣとポートＤとが連通する状態と、ポートＡとポートＣとが連通してポートＢとポートＤとが連通する状態とを切り換えることができるようにした切換弁である。
【０００４】
図示の四方向切換弁は、左右対称構造になっていて、それぞれ２つの筒状弁１００ａ，１００ｂと、２つの主弁１０１ａ，１０１ｂとを備え、モータ軸１０２に取り付けられた回動アーム１０３を回動することにより、筒状弁１００ａ，１００ｂを交互に昇降させて連通状態の切り換えを行う。
【０００５】
ここで、ポートＡを高圧側、ポートＤを低圧側とし、ポートＢ，Ｃはその中間の圧力とする。まず、筒状弁１００ａ，１００ｂおよび主弁１０１ａ，１０１ｂが図示の位置にあるとする。この場合、筒状弁１００ａは主弁１０１ａによって閉じられており、主弁１０１ｂはポートＡからポートＢへの通路を遮断しているので、ポートＡに導入された高圧流体は、主弁１０１ａの外周を通ってポートＣに流れ、一方、ポートＣに導入された流体は、筒状弁１００ｂの中を通ってポートＤに流れる。
【０００６】
モータ軸１０２が図の時計回り方向へ回転すると、回動アーム１０３は筒状弁１００ａを押し下げ、筒状弁１００ｂを押し上げる。これにより、主弁１０１ａはポートＡからポートＣへの通路を遮断するとともに筒状弁１００ａから離れ、筒状弁１００ｂは主弁１０１ｂによって閉じられるとともにポートＡからポートＢへの通路を開放する。したがって、ポートＡに導入された高圧流体は、主弁１０１ｂの外周を通ってポートＢに流れ、ポートＣに導入された流体は、筒状弁１００ａの中を通ってポートＤに流れるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の四方向切換弁は、高圧流体の通路を制御する主弁が高圧流体が導入される側の部屋に設けられていて、これを開ける場合には、筒状弁が高圧を受けている主弁をモータの駆動力で押し上げるようにしているため、モータの駆動力を大きくしなければならず、そのため、モータは大きくなり、消費電力も高くなるという問題点があった。
【０００８】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、弁を開けるためのモータとして駆動力の小さなモータが利用でき、消費電力が低く、小型化が可能な多方向切換弁を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、複数の流体通路を同時に切り換えることができる多方向切換弁において、高圧配管から高圧流体が導入される高圧室内に配置され、閉弁時には前記高圧室内に向けて形成された弁座に高圧の受圧によって着座される主弁と、前記主弁を貫通して配置され、常時閉弁する方向に付勢されて前記主弁の閉弁時には閉弁されるパイロット弁と、前記主弁の下流側に配置され、前記主弁の開弁時には前記パイロット弁および前記主弁を開弁位置に付勢するとともに、前記主弁の閉弁時には前記パイロット弁および前記主弁から離れるよう付勢されて前記高圧流体を中圧配管へ通過させる低圧閉じ弁と、前記中圧配管と低圧配管との間であって前記主弁および前記低圧閉じ弁と同一軸線上に配置され、前記主弁の閉弁時には前記低圧閉じ弁と離れて前記中圧配管から前記低圧配管への通路を連通状態にし、前記主弁の開弁時には前記低圧閉じ弁により閉じられて前記中圧配管と前記低圧配管とを非連通状態にする筒状弁と、を複数組備え、かつ、前記筒状弁をその軸線方向に移動させて前記筒状弁および前記主弁の開閉を行うモータを備えており、前記低圧閉じ弁は、前記主弁から離れる方向に付勢されていて、前記筒状弁が前記主弁から離れる方向に移動したときに前記主弁が弁座に着座した後、前記パイロット弁から離れた位置で段差部に係止されることで移動が停止され、前記筒状弁を開弁させるようにしたことを特徴とする多方向切換弁が提供される。
【００１０】
このような多方向切換弁によれば、高圧側の主弁にパイロット弁を設け、高圧流体によって閉弁されている主弁を開弁するとき、低圧配管に通じる筒状弁を開閉する低圧閉じ弁がパイロット弁を開けるように構成した。これにより、主弁を開けるべく移動させる前に、パイロット弁を開けて主弁の前後差圧を小さくするため、筒状弁を移動して主弁を開けるためのモータの駆動力を小さくすることができ、モータを消費電力の小さな小型のものを使用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を自動車用のヒートポンプ方式の冷暖房装置における冷媒管路の切り換えに使われる四方向切換弁に適用した場合を例に図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明を適用した四方向切換弁の構成を示す断面図である。
この四方向切換弁において、ヒートポンプ方式の冷暖房装置では、ポートＡにコンプレッサから吐出された高圧冷媒を受ける配管が接続され、ポートＢには室外熱交換器に通じる配管が接続され、ポートＣには室内熱交換器に通じる配管が接続され、そして、ポートＤにはコンプレッサの吸入側に通じる低圧冷媒配管が接続される。
【００１３】
この四方向切換弁は、ボディ１の中に昇降可能に配置された２つの筒状弁２，３があり、その上方には、それぞれ低圧閉じ弁４，５および主弁６，７が配置され、その主弁６，７の中央部には、パイロット弁８，９が配置されている。低圧閉じ弁４，５と主弁６，７との間にはスプリング１０，１１が配置され、パイロット弁８，９とボディ１の上部を閉止しているキャップ１２，１３との間にはスプリング１４，１５が配置されている。キャップ１２，１３は、Ｃリング１６，１７によって止められ、Ｏリング１８，１９によってシールされている。
【００１４】
主弁６，７は、ボディ１と一体に形成された弁座２０，２１と協働して高圧流体の開閉弁を構成する。低圧閉じ弁４，５の下方には、主弁６，７が弁座２０，２１に着座しているときに、スプリング１０，１１によって下方に付勢されている低圧閉じ弁４，５のストローク下限を規制する段差部２２，２３がボディ１と一体に形成されている。低圧閉じ弁４，５が段差部２２，２３に当接しているとき、主弁６，７に設けられたパイロット弁８，９は、低圧閉じ弁４，５から離れており、閉弁状態にある。
【００１５】
筒状弁２，３の下方部分には、ラック２４，２５が刻設されており、ボディ１の下部中央部には、筒状弁２，３のラック２４，２５と噛合するギヤ２６が配置されている。このギヤ２６は、モータの出力軸２７に固定されており、ギヤ２６がモータによって回動されることにより、筒状弁２，３を互いに逆方向に昇降させるようにしている。また、筒状弁２，３の外周部には、ポートＤに通じる低圧室とポートＢ，ＣとをシールするＶパッキン２９，３０が周設されている。
【００１６】
ここで、筒状弁２，３と主弁６，７との間に配置された低圧閉じ弁４，５の構成について説明する。
図２は低圧閉じ弁を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はａ−ａ矢視断面図である。
【００１７】
低圧閉じ弁４，５は、筒状弁２，３の内部通路を開閉する弁体の周囲に３つのガイド部３１が弁体と一体に形成されている。このガイド部３１は、低圧閉じ弁４，５の軸線方向の進退移動時に弁体を心決めするとともにこの低圧閉じ弁４，５を進退可能に収容するボディ１との間にて弁体の周囲に高圧冷媒を流す通路を形成している。なお、このガイド部を有して外周部に冷媒通路を形成する構造は、主弁６，７に設けられたパイロット弁８，９も採用している。
【００１８】
次に、以上のような構成の四方向切換弁の動作について説明する。
まず、冷房運転モードでは、四方向切換弁は、図１に示した状態にあるとする。すなわち、ポートＡとポートＢとが連通し、かつポートＣとポートＤとが連通する状態にあるとする。この状態は、モータの出力軸２７が図の時計方向に回転して筒状弁２が降下し、筒状弁３が上昇していることで達せられる。
【００１９】
これにより、コンプレッサからポートＡに導入された高圧冷媒が主弁６の外周に形成された隙間を通ってその上部の高圧室３２に入ることにより、主弁６は、弁座２０に着座される。パイロット弁８は、スプリング１４によって閉弁状態に保持されている。低圧閉じ弁４は、スプリング１０によって下方に付勢され、そのガイド部３１が段差部２２に当接されている。筒状弁２の頂部は、低圧閉じ弁４より下方に位置しているため、ポートＣとポートＤとは筒状弁２の中央の通路を通って連通状態にある。
【００２０】
また、もう一方の低圧閉じ弁５および主弁７は、筒状弁３によって主弁７の頂部がキャップ１３に当接するまで押し上げられている。これにより、筒状弁３の頂部は低圧閉じ弁５によって閉じられ、主弁７は開けられているため、ポートＡは、低圧閉じ弁５の外周に形成された通路を介してポートＣと連通される。
【００２１】
したがって、コンプレッサからポートＡに導入された高圧冷媒は、低圧閉じ弁５の周囲の通路を通ってポートＢへ流れ、室外熱交換器へ供給される。その後、室外熱交換器で凝縮された冷媒は膨張弁を通って断熱膨張され、低温低圧の冷媒となって室内熱交換器に入り、ここで車室内の空気と熱交換により蒸発され、ポートＣに入る。ポートＣに入った冷媒は、筒状弁２の中央の通路を通って低圧室２８に入る。さらに、低圧室２８内の冷媒は、ポートＤより出ていき、アキュムレータを介してコンプレッサに戻る。
【００２２】
次に、暖房運転モードに入る場合について説明する。まず、モータの出力軸２７が図の反時計回りの方向に回転する。これにより、出力軸２７に設けられたギヤ２６がラック２４を介して筒状弁２を押し上げる。その後、筒状弁２が低圧閉じ弁４に当接することで、ポートＣとポートＤとの通路が低圧閉じ弁４によって閉じられる。
【００２３】
さらに筒状弁２を押し上げていくと、低圧閉じ弁４がパイロット弁８の先端に当接してこのパイロット弁８を開ける。パイロット弁８の通路面積はポートＡから高圧室３２へ通じる主弁６の隙間の通路面積よりも大きいので、高圧室３２の圧力がパイロット弁８を通って低圧側のポートＣへ逃げる量が多い。これにより、高圧室３２の圧力が減り、主弁６を弁座２０に押し付ける力がなくなる。筒状弁２がさらに上昇すると、低圧閉じ弁４が主弁６と当接し、主弁６は筒状弁２および低圧閉じ弁４と一緒に上昇するようになる。これにより、主弁６が弁座２０より離れると、主弁６の下側の通路にポートＡからの高圧冷媒が入り込むようになるため、主弁６はその圧力によって上昇されるようになる。
【００２４】
そして、モータによる筒状弁２の押し上げは、主弁６がキャップ１２に当接するまで行われる。これにより、筒状弁２が低圧閉じ弁４により閉じられてポートＣとポートＤとが非連通状態になり、主弁６が開いてポートＡとポートＣとが連通状態になる。この筒状弁２、低圧閉じ弁４、主弁６が最上部まで移動して主弁６の切り換えが行われた状態を図３に示す。
【００２５】
このように、主弁６にパイロット弁８を設けたことにより、高圧室３２内の圧力によって弁座２０に押し付けられている主弁６を開けるときに、パイロット弁８が先に開いて主弁６の前後差圧を小さくするため、主弁６を弁座２０から押し上げる力が小さくて済む。この結果、主弁６を開けるときのモータの駆動力を小さくすることができるため、消費電力の小さな小型のモータを採用することができる。
【００２６】
一方、図１の左側の弁については、出力軸２７の回転により右側の弁の動作と並行して動作することになる。まず、図１の状態では、ポートＡに導入された高圧冷媒は、低圧閉じ弁５のガイド部３１のない部分の通路を介して低圧閉じ弁５の上部の部屋に通じており、主弁７の横の通路を介して高圧室３３に通じている。ここで、モータの出力軸２７が図の反時計回りの方向に回転すると、出力軸２７に設けられたギヤ２６がラック２５を介して筒状弁３を下げる。これに伴って、筒状弁３を閉じている低圧閉じ弁５も一緒に下がってくる。これにより、パイロット弁９がスプリング１５によって一緒に下がり、閉弁する。
【００２７】
パイロット弁９が閉じることによって、主弁７の上の高圧室３３の圧力が上がって、主弁７が下がってくる。低圧閉じ弁５および主弁７が下がってくることで、まず主弁７がその弁座２１に着座して閉弁し、次に、低圧閉じ弁５が、ボディ１にある段差部２３に当接する。筒状弁３は下がり続けているので、ここで筒状弁３と低圧閉じ弁５とが離れ、筒状弁３が開かれることになる。
【００２８】
これにより、図３に示したように、筒状弁３が開いてポートＢとポートＤとが連通状態になり、主弁７が閉じてポートＡとポートＢとが非連通状態になる。
したがって、コンプレッサからポートＡに導入された高圧冷媒は、低圧閉じ弁４の周囲の通路を通ってポートＣへ流れ、室内熱交換器へ供給される。この室内熱交換器で車室内の空気との熱交換により冷媒が凝縮され、その後、凝縮された冷媒は膨張弁を通って断熱膨張され、低温低圧の冷媒となって室外熱交換器に入り、ここで車室外の空気と熱交換により蒸発され、ポートＢに入る。ポートＢに入った冷媒は、筒状弁３の中央の通路を通って低圧室２８に入る。さらに、低圧室２８内の冷媒は、ポートＤより出ていき、アキュムレータを介してコンプレッサに戻る。
【００２９】
図４は四方向切換弁の駆動部の例を示す図１のｂ−ｂ矢視断面図である。
筒状弁２，３の昇降動作は、これらに形成されたラック２４，２５と噛合されたギヤ２６によって行われる。ギヤ２６は、出力軸２７に固定され、この出力軸２７は、ボディ１に一体に形成された軸受４１とキャップ４２の内側に嵌合された軸受４３とによって軸支されている。キャップ４２を介してボディ１の外側に延びる出力軸２７の端部には、モータアクチュエータ４４が接続されている。キャップ４２は、Ｏリング４５によってボディ１との間をシールし、出力軸２７とは、２つのＯリング４６，４７によって軸封され、さらに、Ｃリング４８によってボディ１に固定されている。
【００３０】
冷暖房装置の運転モード切り換え時にモータアクチュエータ４４が作動されると、その回転駆動は出力軸２７に伝達され、出力軸２７に固定されたギヤ２６をある方向に回転させる。このギヤ２６の回転運動は、ラック２４，２５を介して筒状弁２，３に伝達されることで、上下方向で互いに逆方向の直線運動に変換される。筒状弁２，３は、低圧閉じ弁４，５との開閉、および主弁６，７の開閉を制御するが、特に、主弁６，７の開閉はパイロット弁８，９を介して行うようにしたことで、主弁６，７を開けるための駆動部であるモータアクチュエータ４４の駆動力を小さくすることができ、駆動部を低消費電力化、小型化することが可能になる。
【００３１】
図５は四方向切換弁の駆動部の別の構成例を示す図１のｂ−ｂ矢視断面図である。
ボディ１の側部に設けられた開口部には、キャップ５１が設けられている。このキャップ５１は、Ｏリング５２によってボディ１とシールされ、Ｃリング５３によってボディ１に固定されている。キャップ５１の中央部には軸受５４が設けられている。また、キャップ５１には、スリーブ５５が溶着されている。このスリーブ５５の中には、回転中心にシャフト５６を有するロータ５７が介挿されている。スリーブ５５は、その外方端部にキャップ５８が溶着されている。シャフト５６は、キャップ５１に設けられた軸受５４とキャップ５８に形成された軸受とによって軸支されている。スリーブ５５の外側には、ヨーク５９およびコイル６０が配置されている。シャフト５６の先端部には、二段減速ギヤを構成する２つのギヤ６１，６２が設けられ、ギヤ６２は、筒状弁２，３のラック２４，２５と噛合しているギヤ２６に噛合されている。
【００３２】
四方向切換弁のこの駆動部によれば、スリーブ５５の両端がキャップ５１，５８に溶着されているため、モータの回転部分は、ボディ１の低圧室２８内に設けられ、軸封装置を必要としない構造になっている。
【００３３】
冷暖房装置の運転モード切り換え時には、コイル６０への通電によりロータ５７を回転し、この回転運動は、シャフト５６、ギヤ６１，６２を介してギヤ２６に伝達され、ラック２４，２５を介して筒状弁２，３を昇降運動させ、主弁６，７および筒状弁２，３を開閉させる。
【００３４】
以上、本発明をその好適な実施の形態について詳述したが、本発明は、この特定の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の精神の範囲内で幾多の変化変形が可能である。たとえば、上述の実施の形態では、四方向切換弁へ適用した場合を例に示したが、パイロット弁８，９を有する主弁６，７、低圧閉じ弁４，５および筒状弁２，３からなる構成を複数組併設し、各筒状弁２，３を駆動するギヤ２６を同一の出力軸２７で駆動するようにした多方向切換弁を構成して、複数の流体通路を同時に切り換えるようにすることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、高圧側の主弁にパイロット機構を設ける構成にした。これにより、主弁を開けるための駆動部の駆動力を小さくすることができるため、駆動部を消費電力の小さな小型のモータを使用することができ、主弁の開閉動作の際に、各部品に大きな力が加わらないため、耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した四方向切換弁の構成を示す断面図である。
【図２】低圧閉じ弁を示す図であって、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はａ−ａ矢視断面図である。
【図３】切り換え動作後の四方向切換弁を示す断面図である。
【図４】四方向切換弁の駆動部の例を示す図１のｂ−ｂ矢視断面図である。
【図５】四方向切換弁の駆動部の別の構成例を示す図１のｂ−ｂ矢視断面図である。
【図６】従来の四方向切換弁の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１  ボディ
２，３  筒状弁
４，５  低圧閉じ弁
６，７  主弁
８，９  パイロット弁
１０，１１  スプリング
１２，１３  キャップ
１４，１５  スプリング
１６，１７  Ｃリング
１８，１９  Ｏリング
２０，２１  弁座
２２，２３  段差部
２４，２５  ラック
２６  ギヤ
２７  出力軸
２８  低圧室
２９，３０  Ｖパッキン
３１  ガイド部
３２，３３  高圧室
４１  軸受
４２  キャップ
４３  軸受
４４  モータアクチュエータ
４５，４６，４７  Ｏリング
４８  Ｃリング
５１  キャップ
５２  Ｏリング
５３  Ｃリング
５４  軸受
５５  スリーブ
５６  シャフト
５７  ロータ
５８  キャップ
５９  ヨーク
６０  コイル
６１，６２  ギヤ
【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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