JP2000346497A

JP2000346497A - 冷凍サイクル装置用開閉弁および該開閉弁を備えた冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP2000346497A
Application number: JP11162241A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yamatani; 貴宏山谷; Shiro Takatani; 士郎高谷; Yasuyori Hirai; 康順平井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2000-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】低圧力差でも確実に動作するとともに、加工
やクリアランスの精度管理が容易で製造コストが低く、
しかも、冷媒回路中においても安定して動作する信頼性
の高い冷凍サイクル装置用開閉弁と該開閉弁を用いた高
性能な冷凍装置を得る。【解決手段】流入口１と流出口２とを連通する流路が
内部に形成された開閉弁本体４と、開閉弁本体４内に形
成された弁室６内に往復動可能に収納され開閉弁本体４
内の該流路中に設けられた弁座３の開口部を開閉する弁
体５ａと、弁室６と流出口２とを連通するパイロット流
路８とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁１０におい
て、弁体５ａを耐熱性に優れ、吸水性の小さい合成樹脂
の単体もしくは混合物を主成分とする樹脂材料で形成し
た。また、冷媒としてハイドロフルオロカーボンを、冷
凍機油としてエステル油またはエーテル油を使用した冷
凍装置において、該開閉弁１０を適用した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、冷凍サイクル装
置等において用いられる逆止弁や四方弁等の開閉弁およ
び該開閉弁を用いた冷凍サイクル装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図４には、冷凍サイクル装置等において
従来使用されている開閉弁の一例を示す。図に示すよう
に、この開閉弁３０は、冷媒等の流体（以下の説明で
は、冷媒を想定して記載）が流入する流入口１と冷媒が
流出する流出口２を有するとともに内部に流入口１から
流出口２に至る冷媒流路が形成された筒状の開閉弁本体
４と、この開閉弁本体４内の弁室６内に往復動可能に収
納された弁体５ｃと、この弁体５ｃを弁室６内に封入す
るための蓋体７とから構成され、開閉弁本体４内の冷媒
流路の途中に形成された弁座３の開口部を弁体５ｃの一
端で開閉することにより、流入口１から流出口２へ流れ
る冷媒の流れを制御するよう構成されている。また、弁
体５ｃの上部と蓋体７との間の弁室６は、パイロット流
路８により流出口２と連通されている。

【０００３】次に、図４に示した従来の開閉弁３０の動
作について説明する。図４において、流入口１から開閉
弁本体４内に冷媒や冷凍機油が流入すると、この冷媒や
冷凍機油の圧力により、弁体５ｃの上下、すなわち、流
入口１の圧力Ｐ₁と弁室６の上部の圧力Ｐ₂との間に圧力
差が生じ、この圧力差により弁体５ｃには弁体５ｃを浮
上させる方向の力が働く。こうして、弁体５ｃを浮上さ
せる力が弁体５ｃの重量より大きくなると、弁体５ｃが
浮上して弁座３の開口部が開き、流入口１から流入した
冷媒や冷凍機油が開口部を通って流出口２へ流出する。
このとき、弁体５ｃの浮上にともなって弁室６の上部の
圧力Ｐ₂が上昇するが、弁室６は圧力損失の小さいパイ
ロット流路８で流出口２とバイパスされているため、弁
室６内の冷媒等がパイロット流路８を介して流出口２に
流出することにより、弁室６の上部の圧力Ｐ₂と流出口
２の圧力Ｐ₃がほぼ等しく保たれる。こうして、弁体５
ｃは、流入口１の圧力Ｐ₁と弁室６の上部の圧力Ｐ₂の圧
力差によってさらに上昇し、弁室６の最上部まで浮上し
て、流入口１から流出口２に至る冷媒の流路が大きく確
保される。

【０００４】一方、流出口２から開閉弁本体４に向かっ
て逆方向から冷媒等が流れ込んだ場合には、この冷媒等
の圧力によって弁室６の上部の圧力Ｐ₂が流入口１の圧
力Ｐ₁より大きくなるため、弁体５ｃには下降方向の力
が働き、弁体５ｃが弁座３に着座することにより、弁座
６の開口部を閉鎖して冷媒や冷凍機油が流出口２から流
入口１に逆流することが防止される。

【０００５】なお、上記の動作原理から明らかなよう
に、この弁体５ｃの浮上力の源となるＰ₁とＰ₂の圧力差
は、弁体５ｃの外周と弁室６を構成する開閉弁本体４の
内壁とのクリアランスによって大きく影響される。すな
わち、このクリアランスが大きすぎると弁室６と流入口
１間で冷媒が漏れ、Ｐ₁とＰ₂の圧力差が小さくなって、
弁体５ｃが十分に浮上せず、開閉弁３０の動作が不確実
になる。従って、このような構成を有する開閉弁３０の
製造工程においては、この弁体５ｃの外周と弁室６の内
壁とのクリアランスを精度良く管理する必要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記図
４に示した従来の開閉弁３０では、弁体５ｃの材質とし
てステンレス等の硬質の金属材料を使用していたため、
以下のような問題点があった。すなわち、この開閉弁３
０では、流入口１の流体の圧力Ｐ₁と弁室６の上部の圧
力Ｐ₂との圧力差で弁体５ｃを浮上させるよう構成して
いるため、開閉弁３０の開時に冷媒流路を大きく確保す
るためには、弁体５ｃの重量に抗して弁体５ｃを浮上さ
せる十分な圧力差が必要であるが、弁体５ｃを金属で形
成したこの従来例では、弁体５ｃの重量が重いため、流
入口１の流体の圧力Ｐ₁が小さい場合には弁体５ｃが十
分浮上せず、流入口１から流出口２への流路を大きく確
保することができず、開閉弁３０を通過する冷媒等の流
量が減少して、冷凍サイクル装置の性能が低下するとい
う問題点があった。

【０００７】また、金属製の弁体５ｃを確実に浮上させ
るためには、浮上力となる流入口１の流体の圧力Ｐ₁と
弁室６の上部の圧力Ｐ₂の圧力差を大きくする必要があ
るが、このためには、弁体５ｃと弁室６とのクリアラン
スをより小さくして、冷媒等が弁体５ｃと弁室６のすき
まを通って流入口１から弁室６の上部に漏れる際の圧力
損失を大きく設定する必要があり、弁体５ｃの外径と弁
室６の内径について一層精密な寸法管理（例えば、開閉
弁本体４および弁体５ｃがステンレスの場合、弁体５ａ
の外径が１０〜１５ｍｍに対してクリアランスは数十ミ
クロン程度）が要求され、製造コストが高くなるといっ
た問題点があった。さらに、弁体５ｃと弁室６の内壁と
のクリアランスを小さくした場合、弁体５ｃと弁室６の
すきまに冷媒回路中を流動する固形異物が挟まりやすく
なり、弁体５ｃが弁室６に固着して開閉弁３０が開閉し
なくなる恐れもあった。

【０００８】この発明は、従来の冷凍サイクル装置用開
閉弁の上記のような問題点を解消するためになされたも
ので、この発明の第１の目的は、圧力差が小さい場合で
も確実に開閉動作が可能な信頼性の高い冷凍サイクル装
置用開閉弁を得るとともに、クリアランスの精度管理や
加工が容易で、製造コストの低減が可能な冷凍サイクル
装置用開閉弁を提供することを目的とする。

【０００９】また、この発明の第２の目的は、冷媒や冷
凍機油に対する安定性に優れ、また、冷凍サイクル装置
の高温域においても使用可能な冷凍サイクル装置用開閉
弁を提供することを目的とする。

【００１０】また、この発明の第３の目的は、冷媒回路
中に設置された冷凍サイクル装置用開閉弁の信頼性が高
く、性能の安定性に優れた冷凍サイクル装置を得ること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この第１の発明に係る冷凍サイクル装置用開閉弁
は、流体を流入させる流入口と流体を流出させる流出口
を有するとともに、前記流入口と前記流出口を連通する
流路を内部に形成した開閉弁本体と、前記開閉弁本体内
に形成された弁室内に往復動可能に収納され、前記開閉
弁本体内の流路中に設けられた弁座の開口部を開閉する
弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通するパイロット
流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁において、前
記弁体を、ポリフェニレンスルフィド単体もしくは、塩
素化ポリエーテル、エポキシ樹脂、液晶性樹脂、芳香族
ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリ
アリルスルホン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテ
ルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテル
ケトン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルホ
ン、ポリチオエーテルスルホン、ポリイミド、ポリケト
ン、または、ポリスルホンのうちの少なくともひとつの
合成樹脂を含むポリフェニレンスルフィドとの混合物を
主成分とする樹脂材料で形成したものである。

【００１２】また、この第２の発明に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁は、流体を流入させる流入口と流体を流出
させる流出口を有するとともに、前記流入口と前記流出
口を連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前記
開閉弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納さ
れ、前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開口
部を開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通す
るパイロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁
において、前記弁体を、塩素化ポリエーテル、エポキシ
樹脂、液晶性樹脂、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミ
ド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾ
イミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエー
テルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリ
ル、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホ
ン、ポリイミド、ポリケトン、または、ポリスルホンの
単体もしくは２種類以上の混合物を主成分とする樹脂材
料で形成したものである。

【００１３】また、この第３の発明に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁は、流体を流入させる流入口と流体を流出
させる流出口を有するとともに、前記流入口と前記流出
口を連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前記
開閉弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納さ
れ、前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開口
部を開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通す
るパイロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁
において、前記弁体の前記弁室内壁と摺動する胴部を金
属材料で形成するとともに、前記弁体の前記弁座との接
触部位を、ポリフェニレンスルフィド、塩素化ポリエー
テル、エポキシ樹脂、液晶性樹脂、芳香族ポリアミド、
ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホ
ン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリ
エーテルニトリル、ポリエーテルスルホン、ポリチオエ
ーテルスルホン、ポリイミド、ポリケトン、または、ポ
リスルホンの単体もしくは混合物を主成分とする樹脂材
料で形成したものである。

【００１４】また、この第４の発明に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁は、第１ないし第３のいずれかの発明にお
いて、前記弁体の前記弁座との接触部の表面粗度（Ｒｍ
ａｘ）を３μｍ以下としたものである。

【００１５】さらに、この第５の発明に係る冷凍サイク
ル装置用開閉弁は、第１ないし第３のいずれかの発明に
おいて、前記弁体を形成する樹脂材料として、粒径２μ
ｍ以下の粉粒状の充填材を含む樹脂材料を用いたもので
ある。

【００１６】また、この第６の発明に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁は、第１ないし第３のいずれかの発明にお
いて、前記弁体を形成する樹脂材料として、２μｍ以下
の直径を有する繊維状の充填材を含む樹脂材料を用いた
ものである。

【００１７】また、この第７の発明に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁は、第１ないし第３のいずれかの発明にお
いて、前記弁体を形成する樹脂材料として、モース硬度
４以下の充填材を含む樹脂材料を用いたものである。

【００１８】また、この第８の発明に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁は、第５ないし第７のいずれかの発明にお
いて、前記充填材の充填量を１０〜７０重量％としたも
のである。

【００１９】さらに、この第９の発明に係る冷凍サイク
ル装置は、冷媒としてハイドロフルオロカーボンを、ま
た、冷凍機油としてエステル油またはエーテル油を含む
冷凍機油を使用する冷凍サイクル装置において、上記第
１ないし第８のいずれかの発明の冷凍サイクル装置用開
閉弁を冷媒回路中に備えたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１による冷凍サイクル装置用開閉弁１０の
構成を示す断面図であり、弁体５ａが樹脂材料で構成さ
れている点以外の基本的な構成は、図４に示した従来の
開閉弁３０と全く同様である。図において、開閉弁１０
は、冷媒が流入する流入口１と冷媒が流出する流出口２
を有するとともに内部に流入口１から流出口２に至る冷
媒流路が形成された筒状の開閉弁本体４と、この開閉弁
本体４内の弁室６内に往復動可能に収納された円筒状の
合成樹脂からなる弁体５ａと、この弁体５ａを弁室６内
に封入するための蓋体７とから構成され、開閉弁本体４
内の冷媒流路の途中に形成された弁座３の開口部を弁体
５ａの一端で開閉することにより、流入口１から流出口
２へ流れる冷媒の流れを制御するよう構成されている。
また、弁体５ａの上部と蓋体７との間の弁室６は、パイ
ロット流路８により流出口２と連通されている。なお、
この実施の形態１に基いた具体的な開閉弁１０の構成や
仕様については、下記の実施例の項で詳しく説明する。

【００２１】次に、この実施の形態１の動作について説
明する。動作原理についても図４に示した従来の開閉弁
と全く同様であり、流入口１から冷媒や冷凍機油が開閉
弁本体４内に流入すると、流入口１における冷媒や冷凍
機油の圧力Ｐ₁と弁室６上部の圧力Ｐ₂との間に圧力差が
生じ、この圧力差により弁体５ａに、弁体５ａを浮上さ
せる方向の力が働き、弁体５ａを浮上させる力が弁体５
ａの重量より大きくなると、弁体５ａが浮上して弁座３
の開口部が開き、流入口１から流入した冷媒や冷凍機油
が流出口２へ流出する。なお、上記したように、この実
施の形態１では、弁体５ａが軽量の樹脂材料で形成され
ているため、弁体５ａが低圧力差でも動作し、開閉弁１
０の信頼性が向上するとともに、弁体５ａと弁室６との
クリアランスを拡大することが可能である。

【００２２】また、流出口２から開閉弁本体４に向かっ
て逆方向から冷媒等が流れ込む場合は、弁室６の上部の
圧力Ｐ₂が流入口１の圧力Ｐ₁より大きくなるため、弁体
５ａに下降方向の力が働き、弁体５ａが弁座３に着座
し、開口部を閉鎖することにより、冷媒や冷凍機油が流
出口２から流入口１に逆流することを防止する。

【００２３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、弁体５ａとして軽量の樹脂材料（密度：２ｇ／ｃｍ
³以下）を用いたため、従来のステンレス鋼等の金属材
料（密度：約８ｇ／ｃｍ³）を用いた場合に比べて流入
口１の圧力Ｐ₁と弁室６の上部の圧力Ｐ₂との圧力差が小
さくても、弁体５ａがより確実に上方に移動でき、開閉
弁１０が確実に動作するとともに、その応答性も高く、
信頼性の高い開閉弁１０を得ることができる。また、低
圧力差においても弁体５ａを弁室６の最上部まで浮上さ
せることが可能となり、流入口１から流出口２に至る流
路を大きく確保できるため、開閉弁１０を通過する冷媒
等の流量を十分に確保することができ、この開閉弁１０
を冷凍サイクル装置に適用した場合には、開閉弁１０の
リフト不足による性能劣化のない信頼性の高い冷凍サイ
クル装置が得られる効果がある。

【００２４】また、弁体５ａを軽量の樹脂材料で構成し
たことにより、弁体５ａを弁室６の最上部まで浮上させ
るのに必要な圧力差（Ｐ₂−Ｐ₁）を従来の開閉弁３０に
比べて小さくすることができ、この結果、弁体５ａの外
径と弁室６の内径のクリアランスを拡大しても、弁体５
ａを弁室６の最上部まで浮上させることができ、上記し
たように従来の金属材料を用いた場合に比べて弁体５ａ
の外径寸法と弁室６の内径寸法の許容公差が拡大され、
クリアランスの精度管理が簡単になって、製造コストを
削減できる効果がある。また、弁体５ａと弁室６のクリ
アランスを拡大することにより、この開閉弁を冷凍サイ
クル装置に適用した場合には、冷媒回路等を流動する固
形異物が弁体５ａと弁室６の隙間に挟まって作動不良を
生じるといった現象を防止でき、信頼性に優れた開閉弁
および冷凍サイクル装置を得ることができる。

【００２５】さらに、弁体５ａとして金属材料に比べて
軽量で振動の減衰特性に優れた合成樹脂を用いたため、
開弁時および閉弁時に生じる弁体５ａと弁座３および蓋
体７との衝撃音が小さくなり、開閉弁１０の開閉動作に
伴う騒音が減少するとともに、合成樹脂はステンレス鋼
等と比較して適度な剛性を有しているため、弁体５ａと
弁座３の間に冷媒回路を流動する固形異物が挟まった状
態で開閉を繰返し、弁体５ａのシール面に傷がついた場
合でも、閉弁時には、弁体５ａのシール面に印加される
圧力によりシール面が適度に変形し、弁座３になじむた
め、弁体５ａと弁座３の隙間から冷媒や冷凍機油が漏れ
て、流出口２から流入口１へ逆流する現象（弁漏れ）を
防止でき、閉弁時に、確実に逆流を防止できる信頼性の
高い開閉弁を得ることができる。

【００２６】実施の形態２．次に、この発明の実施の形
態２の開閉弁について説明する。図２は、この実施の形
態２による開閉弁２０の断面図であり、実施の形態１の
開閉弁１０との相違点は、実施の形態１では、弁体５ａ
の全体が樹脂材料で構成されているのに対して、この実
施の形態２では、弁体５ｂの弁室６の内壁と摺動する外
周部が金属材料で形成され、弁体５ｂの弁座３との接触
部位のみが樹脂材料で形成されている点にある。

【００２７】図２に示すように、この実施の形態２の弁
体５ｂは、弁座３と接触する弁体下部１１と弁室６の内
壁と摺動する外周部を有する胴部１２が圧入された固定
ピン１３によって結合されており、弁体下部１１が上記
実施の形態１と同様の樹脂材料で形成されているのに対
して、胴部１２はステンレスから形成されている。な
お、弁体下部１１と胴部１２の接続方法としては、上記
の固定ピン１３の他、接着剤による接着などを用いても
よい。また、上記した実施の形態１と同一または相当部
分には同じ符号を付し、その説明を省略する。

【００２８】こうして、この実施の形態２によれば、弁
座３と接触する弁体５ｂの弁体下部１１を樹脂材料で構
成したため、上記実施の形態１と同様に、開弁時および
閉弁時に生じる弁体５ｂと弁座３との衝撃音が小さくな
り、開閉弁２０の開閉動作に伴う騒音が減少するととも
に、樹脂材料がステンレス鋼等と比較して適度な剛性を
有しているため、弁体５ｂと弁座３の間に冷媒回路を流
動する固形異物が挟まった状態で開閉を繰返し、弁体５
ｂのシール面に傷がついた場合でも、閉弁時には、弁体
５ｂのシール面に印加される圧力によりシール面が適度
に変形して、弁座３になじむため、弁体５ｂと弁座３の
隙間から冷媒や冷凍機油が漏れて、流出口２から流入口
１へ逆流する現象（弁漏れ）を防止でき、閉弁時に、確
実に逆流を防止できる信頼性の高い開閉弁を得ることが
できる。

【００２９】以下では、上記した実施の形態１の構成に
基いて、実際に開閉弁１０を試作し、開閉弁１０の性能
に与える弁体５ａの材質や加工精度の影響および冷凍サ
イクル装置への適用の可否について検討した結果を説明
する。なお、試験に用いた開閉弁１０は、以下の実施例
１、２および比較例１、２の４種類である。

【００３０】

【実施例】実施例１．実施例１では、弁体５ａの材質と
して、吸水率が小さく、耐熱性が高く、しかも、金属材
料に比べて軽量（低密度）であるポリフェニレンスルフ
ィドを主成分とし、弁体５ａの強度や耐熱性をさらに向
上させるため、これに繊維状（直径０．１〜２．０μ
ｍ）の充填材であるチタン酸カリウムウィスカを４０ｗ
ｔ％（ｗｔ％は、全重量中の充填材の重量パーセントを
表す）添加したものを用いている。さらに、弁体５ａと
弁座３とのシール性を確保するため、上記の合成樹脂材
料を所定の形状に射出成形した後、仕上げ加工として、
図３に示した弁座３との接触面となる円錐型のシール部
を真円度３μｍ以下、表面粗度Ｒｍａｘを２．１μｍに
仕上げ切削している。なお、開閉弁本体４の材質は黄銅
であり、弁室６の内径と弁体５ａの外径のクリアランス
は、弁体５ａを軽量の樹脂で構成したため従来例に比べ
て、１００〜２００μｍの範囲と大きく設定している。

【００３１】実施例２．また、実施例２では、弁体５ａ
の材質として、ポリフェニレンスルフィドを主成分と
し、これに直径２μｍ程度のガラスビーズを５０ｗｔ％
添加したものを用い、さらに、弁座３との接触面となる
シール部の真円度を３μｍ以下、表面粗度Ｒｍａｘを
２．５μｍに仕上げ切削したものを用いている。なお、
この実施例２においても、開閉弁本体４の材質は黄銅で
あり、弁室６の内径と弁体５ａの外径のクリアランスは
１００〜２００μｍである。

【００３２】比較例１．比較例１では、接触面となるシ
ール部の表面粗度Ｒｍａｘの影響を見るために、弁体５
ａの材質として、ポリフェニレンスルフィドを主成分と
し、これに直径２０μｍ程度のガラスビーズを５０ｗｔ
％添加したものを用い、さらに、弁座３との接触面とな
るシール部の真円度を３μｍ以下、表面粗度Ｒｍａｘを
８μｍに仕上げ切削したものを用いている。なお、比較
例１の開閉弁本体４の材質およびクリアランスは、実施
例１および実施例２と同様に設定されている。

【００３３】比較例２．また、比較例２では、主成分と
なる合成樹脂材料の違いによる効果を検討するため、弁
体５ａの材質として、ポリアミド６６を主成分とし、こ
れに直径１４μｍ程度のガラス繊維を５０ｗｔ％添加し
たものを用いている。なお、弁座３との接触面となるシ
ール部の真円度は３μｍ以下、表面粗度Ｒｍａｘは７μ
ｍに仕上げ切削し、開閉弁本体４の材質およびクリアラ
ンスを、実施例１および実施例２と同様に設定してい
る。

【００３４】上記した実施例１、２および比較例１、２
の開閉弁１０の性能試験の一環として、上記の開閉弁１
０の各々について、閉時の開閉弁１０からの静的な漏れ
量を測定した結果を下記の表１に示す。表１のデータ
は、窒素ガスによって開閉弁１０の流出口２側の圧力Ｐ
₃を冷凍サイクル装置の平均的な圧力差に相当する１．
５ＭＰａに加圧し、また、流入口１側の圧力Ｐ₁を大気
開放として、流出口２から流入口１側に漏れてくる窒素
ガスの漏れ量を測定したものであり、表１から明らかな
ように、実施例１および２に比べて、比較例１および２
では弁漏れ量が急激に増大しており、開閉弁１０の閉弁
時に弁体５ａと弁座３の間で気密性を保ち、流出口２か
ら流入口１へ冷媒等が漏れないようにするためには、主
成分となる合成樹脂の種類によらず弁体５ａの弁座３と
接触するシール部分の表面粗度をおよそＲｍａｘ３μｍ
以下とする必要があることが分かる。

【００３５】

【表１】

【００３６】次に、弁体５ａ用樹脂材料の冷媒回路中で
の安定性および冷媒や冷凍機油との適合性を検証するた
めの要素試験として、ハイドロフルオロカーボンである
Ｒ４０７Ｃ冷媒及びエステル油との適合性について、チ
タン酸カリウムウィスカを４０ｗｔ％充填したポリフェ
ニレンスルフィド（実施例１）とホウ酸アルミニウムウ
ィスカを４０ｗｔ％充填したポリフェニレンスルフィ
ド、および、ポリアミド６６について試験し、比較した
結果を、下記の表２に示す。試験は、オートクレーブの
中に、試作した弁体５ａとともにＲ４０７Ｃ冷媒と冷凍
機油（エステル油）を１：１の割合で封入し、１７０℃
で３１５時間保持し、全酸価および寸法変化率（寸法変
化は、弁体５ａの直径方向）を測定したものである。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２に示すように、チタン酸カリウムウィ
スカやホウ酸アルミニウムウィスカを充填したポリフェ
ニレンスルフィドは、主成分であるポリフェニレンスル
フィドの吸水率がきわめて低い（０．１％未満）ため、
ともに、ポリアミド６６に比べて全酸価がきわめて低
く、酸化による冷凍機油の劣化を抑制することができる
とともに、寸法変化率も０．１％未満と小さいため、冷
凍サイクル装置内の冷媒や冷凍機油による弁体５ａの膨
潤が小さく、弁室６の内壁とのクリアランスに及ぼす影
響も小さい。また、上記の試験結果から、合成樹脂材料
の主成分が同一であれば、充填材の種類や材質によら
ず、全酸価や寸法変化率等において、ほぼ同様の特性が
得られることが分かる。

【００３９】次に、上記実施例１の開閉弁１０を実際の
冷凍サイクル装置（ヒートポンプ装置）に組み込んで使
用し、冷凍サイクル装置への適用の可否と耐久性を検証
した結果について説明する。試験に使用した冷凍サイク
ル装置は、冷媒としてハイドロフルオロカーボンＲ４０
７Ｃを、また、冷凍機油としてエステル油を使用した蒸
気圧縮式の冷凍装置であり、上記した実施例１の開閉弁
１０は、暖房運転時の流路切換用の開閉弁として、冷媒
回路中の圧縮機の吐出側に設置した。また、この冷凍装
置の試験条件は、蒸発温度が０℃、凝縮温度が５０℃、
高圧側圧力２ＭＰａ（高圧カット３ＭＰａ）、低圧側圧
力０．４ＭＰａであり、この試験条件で合計２５０００
時間運転（１５万回の弁開閉）し、冷凍装置の性能変化
と開閉弁１０の耐久性を検証した。その結果、上記耐久
性試験後も、冷凍装置の性能に変化は見られず、また、
試験後に開閉弁１０を分解し、弁体５ａを測定・分析し
た結果からも劣化や異常はなく、上記した実施例１の開
閉弁１０が、冷凍サイクル装置に適用可能であることが
実証された。

【００４０】なお、上記した運転条件においては、この
開閉弁１０が設置された圧縮機吐出側の温度は、断熱圧
縮による冷媒の温度上昇によって１００℃を超える高温
となっており、弁体５ａとして耐熱性に優れたポリフェ
ニレンスルフィドを使用したため、このような厳しい動
作条件下でも長時間運転が可能となっている。

【００４１】以上説明したように、この実施例１による
開閉弁１０は、弁体５ａの材料として、吸水率の小さい
ポリフェニレンスルフィドを用いたため、冷媒回路内で
使用しても冷媒回路内の水分を吸収して寸法が大きく変
化することがなく、弁体５ａと弁室６のクリアランスが
安定して、開閉弁１０の動作が安定し、冷凍サイクル装
置の性能や信頼性が向上する効果がある。特に、上記の
試験において使用したような、冷凍機油として吸水性の
高いエステル油やエーテル油を使用する場合には、エス
テル油やエーテル油によって吸収された水分により冷媒
回路中の油中水分濃度が一層高くなるため、このような
冷凍サイクル装置において、ポリフェニレンスルフィド
等の吸水率の低い樹脂材料を弁体５ａに使用することは
開閉弁１０および冷凍サイクル装置の信頼性と性能の向
上に大きな効果がある。

【００４２】また、上記したようにポリフェニレンスル
フィドは耐熱性が高いため、冷媒回路の高温域（上記し
たように、冷凍サイクル装置の冷媒回路内での開閉弁１
０の動作温度は、摂氏１００度以上となる）で長時間使
用しても弁体５ａが熱劣化によって強度低下を引き起こ
すことがなく、耐久性の高い開閉弁１０を得ることがで
きる。

【００４３】また、弁体５ａを構成する合成樹脂（ポリ
フェニレンスルフィド）にチタン酸カリウムウィスカ等
の充填材を添加したため、弁体５ａの強度や耐熱性を一
層向上させることができるとともに、充填材の充填量を
変更することにより合成樹脂の剛性を変化させることが
できるため、弁体５ａの剛性不足によって開閉弁１０の
閉時に弁体５ａが弁座３にめり込んで密着し、弁体５ａ
を上方に移動するための最低作動圧力が上昇したり、め
り込み度合いによって開閉弁１０の動作が不安定になる
といった問題を解決することができ、また、剛性が上が
ったことにより、弁体５ａの外径やシール面を高精度に
切削することが可能となって切削性の点でも優れた生産
性の向上が可能な開閉弁１０を得ることができる。

【００４４】また、弁体５ａの弁座３との接触面となる
シール面を切削加工により真円度を３μｍ以下、表面粗
度Ｒｍａｘを３μｍ以下としたため、閉弁時の弁体５ａ
と弁座３の間のシール性能が向上して、流出口２から流
入口１への冷媒等の弁漏れ量が少なくなるとともに、こ
の開閉弁１０を冷凍サイクル装置に適用した場合には、
冷媒の漏れが減少して冷凍サイクル装置の効率が向上す
る効果がある。

【００４５】なお、上記の説明では、弁体５ａとしてポ
リフェニレンスルフィドを用いた開閉弁１０を冷凍サイ
クル装置に適用した例について説明したが、他にも、こ
のポリフェニレンスルフィドと同等の特性（吸水率、密
度）を有する下記表３に示すような樹脂材料を適用する
ことが可能であり、冷凍サイクル装置内における開閉弁
１０の温度条件に適した耐熱性を有する樹脂材料を表３
中から選定することにより、上記した実施例１と全く同
様の効果を得ることができる。（参考までに、表３中
に、各樹脂材料の代表的無充填グレードのＡＳＴＭの試
験規格に準拠した荷重たわみ温度（荷重＝１８．６ｋｇ
ｆ／ｃｍ²時）と吸水率を付記する。また、上記表２に
示したように、ポリアミド６６は吸水率や全酸価が大き
く、冷媒回路中で用いた場合、弁体５ａが冷媒回路内の
水分を吸収して大きく寸法変化（膨潤）し、弁体５ａと
弁室６とのクリアランスが不安定となって冷凍サイクル
装置の性能や信頼性の低下を生じたり、冷凍機油を劣化
させる可能性があるため、表３中では、参考データとし
て記載してある。）

【００４６】

【表３】

【００４７】また、これらの材料は、それぞれ単独で使
用してもよいが、複数種類を混合して使用しても同様の
効果を得ることができる。さらに、これらの材料に他の
材料を混合してもよく、例えばポリフェニレンスルフィ
ドにフッ素樹脂、ナイロン樹脂、ポリフェニレンエーテ
ル、ノルボルネン系樹脂などを混合した材料でも同様の
結果が得られることはいうまでもない。また、充填材と
して、上記以外にも各種の無機フィラー等が利用可能で
ある。

【００４８】続いて、合成樹脂材料に添加される各種充
填材の影響について説明する。下記表４は、合成樹脂材
料に添加される充填材の種類や粒径および硬度と、切削
加工された弁体５ａの表面粗度および切削時の切削工具
の磨耗量の関係を明らかにするため、上記実施例１、２
および比較例１を含む６種類の充填材入り（充填率：１
０〜７０ｗｔ％）ポリフェニレンスルフィドの成形板に
ついて、実際に弁体５ａをダイアモンドバイトで切削加
工し、切削面の表面粗度及びダイアモンドバイトの摩耗
量を測定したものである。

【００４９】

【表４】

【００５０】表４から明らかなように、充填材として一
般的に使用されているガラス繊維を充填した場合には、
ガラス繊維の直径が１４μｍであるため、切削加工時に
充填材が切削表面で破断することによって表面粗度が８
μｍと冷媒をシールするのに必要なＲｍａｘ３μｍを大
きく越えており、弁体５ａ用の材料には適さないと言え
る。また、ガラス繊維のモース硬度が７と高いため、ダ
イアモンドバイトの摩耗量も大きい。

【００５１】一方、直径２μｍ以下のチタン酸カリウム
ウィスカ（実施例１）やホウ酸アルミニウムウィスカ、
粒径が２μｍのガラスビーズ（実施例２）を充填したポ
リフェニレンスルフィドでは、充填材の切削表面からの
脱落や切削表面での破断が生じても表面粗度をＲｍａｘ
３μｍ以下に抑えることができる。また、モース硬度４
以下のチタン酸カリウムウィスカや酸化亜鉛ウィスカを
充填したポリフェニレンスルフィドでは、充填材の硬度
が低いため、切削加工が容易で工具の磨耗が少なく、特
に、酸化亜鉛ウィスカでは、酸化亜鉛ウィスカの径が５
μｍと表面粗度の条件である３μｍ以上であるにも関わ
らず、切削面の表面粗度がＲｍａｘ３μｍ以下となって
いることが分かる。

【００５２】さらに、粒径が２μｍのガラスビーズ（実
施例２）と粒径が２０μｍのガラスビーズ（比較例１）
とを比較すると、充填材の硬度が同じであっても、粒径
によってダイアモンドバイトの摩耗量が大きく変化し、
粒径が２μｍのガラスビーズの場合には、磨耗量がかな
り低減されることが分かる。

【００５３】以上の結果より、弁体５ａとして充填材を
添加した合成樹脂を用いる場合、充填材として、粒径が
２μｍ以下の粉粒状の充填材、直径が２μｍ以下の繊維
状の充填材、あるいは、モース硬度が４以下の充填材の
いずれかを用いれば、切削加工によって弁体５ａの弁座
３との接触部分の表面粗度Ｒｍａｘを３μｍ以下に加工
でき、この結果、上記の実施例１、２および比較例１、
２に対する静的漏れ試験で明らかになったように弁漏れ
量も低く抑えられることが分かる。

【００５４】さらに、樹脂材料の充填材として、直径
０．１〜２．０μｍの繊維状の充填材（チタン酸カリウ
ムウィスカ）や直径２μｍ程度の粉粒状の充填材（ガラ
スビーズ）を用いたため、弁体５ａの切削表面からの充
填材の脱落や切削表面での破断が生じても表面粗度をＲ
ｍａｘ３μｍ以下に抑えることができ、シール性能を向
上することができるとともに、弁体５ａの切削加工が容
易となって生産性が向上し、開閉弁１０の製造コストを
低減できる効果がある。

【００５５】また、上記樹脂材料の充填材として、モー
ス硬度４以下の充填材（チタン酸カリウムウィスカ）を
用いたため、切削面の表面粗度を損なうことなく、しか
も、工具の磨耗が少なく、弁体５ａを容易に切削できる
効果がある。

【００５６】また、各供試材料の充填材の充填率を１０
〜７０ｗｔ％としたため、合成樹脂が適度な剛性を有す
ることとなり、切削加工しやすくなる効果がある。な
お、弁体５ａの切削性の観点に加え、弁体５ａの弁座３
へのめり込みの防止や弁体５ａのシール面に傷がついた
場合の弁漏れ量の抑制等も考慮した場合、充填材の充填
率は実施例等で採用した３０〜５０ｗｔ％が特に好適で
ある。

【００５７】

【発明の効果】この発明に係る冷凍サイクル装置用開閉
弁および冷凍サイクル装置は、以上説明したように構成
されているので、以下に示すような効果を奏する。

【００５８】流体を流入させる流入口と流体を流出させ
る流出口を有するとともに、前記流入口と前記流出口を
連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前記開閉
弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納され、
前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開口部を
開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通するパ
イロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁にお
いて、前記弁体を、吸水性が低く、耐熱性が高く、しか
も、軽量な、ポリフェニレンスルフィド単体もしくは、
塩素化ポリエーテル、エポキシ樹脂、液晶性樹脂、芳香
族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポ
リアリルスルホン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリエーテ
ルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルスルホ
ン、ポリチオエーテルスルホン、ポリイミド、ポリケト
ン、または、ポリスルホンのうちの少なくともひとつの
合成樹脂を含むポリフェニレンスルフィドとの混合物を
主成分とする樹脂材料で形成したため、弁体の動作性に
優れ、前記弁体と前記弁室のクリアランスの管理が容易
で、しかも、寸法安定性に優れた信頼性の高い冷凍サイ
クル装置用開閉弁が得られる。

【００５９】また、流体を流入させる流入口と流体を流
出させる流出口を有するとともに、前記流入口と前記流
出口を連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前
記開閉弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納
され、前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開
口部を開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通
するパイロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉
弁において、前記弁体を、吸水性が低く、耐熱性が高
く、しかも、軽量な、塩素化ポリエーテル、エポキシ樹
脂、液晶性樹脂、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミ
ド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾ
イミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエー
テルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリ
ル、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホ
ン、ポリイミド、ポリケトン、または、ポリスルホンの
単体もしくは２種類以上の混合物を主成分とする樹脂材
料で形成したため、弁体の動作性に優れ、前記弁体と前
記弁室のクリアランスの管理が容易で、しかも、寸法安
定性に優れた信頼性の高い冷凍サイクル装置用開閉弁が
得られる。

【００６０】また、流体を流入させる流入口と流体を流
出させる流出口を有するとともに、前記流入口と前記流
出口を連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前
記開閉弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納
され、前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開
口部を開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通
するパイロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉
弁において、前記弁体の前記弁室内壁と摺動する胴部を
金属材料で形成するとともに、前記弁体の前記弁座との
接触部位を、吸水性が低く、耐熱性が高く、しかも、軽
量な、ポリフェニレンスルフィド、塩素化ポリエーテ
ル、エポキシ樹脂、液晶性樹脂、芳香族ポリアミド、ポ
リアミドイミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホ
ン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリ
エーテルニトリル、ポリエーテルスルホン、ポリチオエ
ーテルスルホン、ポリイミド、ポリケトン、または、ポ
リスルホンの単体もしくは混合物を主成分とする樹脂材
料で形成したため、弁開閉時の衝撃音が小さく、しか
も、前記弁体のシール面に傷がついた場合でも、確実に
逆流を防止できる信頼性の高い冷凍サイクル装置用開閉
弁を得ることができる。

【００６１】また、前記弁体の前記弁座との接触部の表
面粗度（Ｒｍａｘ）を３μｍ以下としたため、シール面
のシール性能が向上し、弁漏れ量の少ない高性能な冷凍
サイクル装置用開閉弁を得ることができる。

【００６２】さらに、前記弁体を、粒径２μｍ以下の粉
粒状の充填材を含む樹脂材料で形成したため、表面粗度
を抑えることができ、弁漏れ量の少ない高性能な冷凍サ
イクル装置用開閉弁を得ることができるとともに、前記
冷凍サイクル装置用開閉弁の性能を損なわずに、前記弁
体の強度を向上し、耐久性や安定性を向上することがで
きる。

【００６３】また、前記弁体を、２μｍ以下の直径を有
する繊維状の充填材を含む樹脂材料で形成したため、表
面粗度を抑えることができ、弁漏れ量の少ない高性能な
冷凍サイクル装置用開閉弁を得ることができるととも
に、前記冷凍サイクル装置用開閉弁の性能を損なわず
に、前記弁体の強度を向上し、耐久性や安定性を向上す
ることができる。

【００６４】また、前記弁体を、モース硬度４以下の充
填材を含む樹脂材料によって形成したため、表面粗度を
抑えることができ、弁漏れ量の少ない高性能な冷凍サイ
クル装置用開閉弁を得ることができるとともに、前記弁
体の加工が容易になって低コストの冷凍サイクル装置用
開閉弁が得られる効果がある。また、前記弁体の加工に
要する工具の磨耗を低減することができる。

【００６５】また、前記充填材の充填量を１０〜７０重
量％としたため、弁体が弁座にめり込むことがなく、安
定して動作するとともに、加工性に優れた冷凍サイクル
装置用開閉弁を得ることができる。

【００６６】さらに、冷媒としてハイドロフルオロカー
ボンを、また、冷凍機油としてエステル油またはエーテ
ル油を含む冷凍機油を使用する冷凍サイクル装置におい
て、前記冷凍サイクル装置用開閉弁を冷媒回路中に備え
たため、冷凍機油中の水分濃度が高い状態で使用しても
前記冷凍サイクル装置用開閉弁の性能が損なわれず、信
頼性の高い冷凍サイクル装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁の構成を示す断面図。

【図２】この発明の実施の形態２に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁の構成を示す断面図。

【図３】この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル
装置用開閉弁の弁体の断面図。

【図４】従来の冷凍サイクル装置用開閉弁の構成を示
す断面図。

【符号の説明】

１流入口２流出口３弁座４開閉弁本体５ａ、５ｂ、５ｃ弁体６弁室７蓋体８パイロット流路１０、２０、３０開閉弁１１弁体下部１２胴部１３固定ピンＰ₁ 流入口における流体の圧力Ｐ₂ 弁室上部の圧力Ｐ₃ 流出口における流体の圧力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者平井康順東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 3H052 AA01 BA26 BA33 BA35 CA17 CC14 EA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を流入させる流入口と流体を流出さ
せる流出口を有するとともに、前記流入口と前記流出口
を連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前記開
閉弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納さ
れ、前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開口
部を開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通す
るパイロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁
において、前記弁体を、ポリフェニレンスルフィド単体
もしくは、塩素化ポリエーテル、エポキシ樹脂、液晶性
樹脂、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリ
レート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾイミダゾー
ル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミ
ド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリ
エーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホン、ポリイ
ミド、ポリケトン、または、ポリスルホンのうちの少な
くともひとつの合成樹脂を含むポリフェニレンスルフィ
ドとの混合物を主成分とする樹脂材料で形成したことを
特徴とする冷凍サイクル装置用開閉弁。
【請求項２】流体を流入させる流入口と流体を流出さ
せる流出口を有するとともに、前記流入口と前記流出口
を連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前記開
閉弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納さ
れ、前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開口
部を開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通す
るパイロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁
において、前記弁体を、塩素化ポリエーテル、エポキシ
樹脂、液晶性樹脂、芳香族ポリアミド、ポリアミドイミ
ド、ポリアリレート、ポリアリルスルホン、ポリベンゾ
イミダゾール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエー
テルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルニトリ
ル、ポリエーテルスルホン、ポリチオエーテルスルホ
ン、ポリイミド、ポリケトン、または、ポリスルホンの
単体もしくは２種類以上の混合物を主成分とする樹脂材
料で形成したことを特徴とする冷凍サイクル装置用開閉
弁。
【請求項３】流体を流入させる流入口と流体を流出さ
せる流出口を有するとともに、前記流入口と前記流出口
を連通する流路を内部に形成した開閉弁本体と、前記開
閉弁本体内に形成された弁室内に往復動可能に収納さ
れ、前記開閉弁本体内の流路中に設けられた弁座の開口
部を開閉する弁体と、前記弁室と前記流出口とを連通す
るパイロット流路とを備えた冷凍サイクル装置用開閉弁
において、前記弁体の前記弁室内壁と摺動する胴部を金
属材料で形成するとともに、前記弁体の前記弁座との接
触部位を、ポリフェニレンスルフィド、塩素化ポリエー
テル、エポキシ樹脂、液晶性樹脂、芳香族ポリアミド、
ポリアミドイミド、ポリアリレート、ポリアリルスルホ
ン、ポリベンゾイミダゾール、ポリエーテルエーテルケ
トン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリ
エーテルニトリル、ポリエーテルスルホン、ポリチオエ
ーテルスルホン、ポリイミド、ポリケトン、または、ポ
リスルホンの単体もしくは混合物を主成分とする樹脂材
料で形成したことを特徴とする冷凍サイクル装置用開閉
弁。
【請求項４】前記弁体の前記弁座との接触部の表面粗
度（Ｒｍａｘ）を３μｍ以下としたことを特徴とする請
求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル
装置用開閉弁。
【請求項５】前記弁体を形成する樹脂材料が、粒径２
μｍ以下の粉粒状の充填材を含むことを特徴とする請求
項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装
置用開閉弁。
【請求項６】前記弁体を形成する樹脂材料が、２μｍ
以下の直径を有する繊維状の充填材を含むことを特徴と
する請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の冷凍サ
イクル装置用開閉弁。
【請求項７】前記弁体を形成する樹脂材料が、モース
硬度４以下の充填材を含むことを特徴とする請求項１な
いし請求項３のいずれかに記載の冷凍サイクル装置用開
閉弁。
【請求項８】前記充填材の充填量が１０〜７０重量％
であることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいず
れかに記載の冷凍サイクル装置用開閉弁。
【請求項９】冷媒としてハイドロフルオロカーボン
を、また、冷凍機油としてエステル油またはエーテル油
を含む冷凍機油を使用する冷凍サイクル装置において、
請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の冷凍サイク
ル装置用開閉弁を冷媒回路中に備えたことを特徴とする
冷凍サイクル装置。