JP2001193855A - 四方切換弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は四方切換弁に関し、小型なソレノイ
ドコイルを用いても高い圧力差での切換を可能とした安
価な四方切換弁を実現することを目的とする。 【解決手段】 円筒28の下端に低圧導管31と高圧導管32
と二つの導管33,34 を開口した平面の主弁座29が固着さ
れ、上端には１箇所に下方に伸びたピン35が固着された
蓋30が固着して密封された弁箱22と、弁箱22の内部に、
主弁座29側に低圧導管31と二つの導管33,34 の一方とを
選択連通する連通溝36を有し、且つ、連通溝36より上部
に開口する副弁座39を有する連通孔38が設けられて弁箱
22の内周で支持され回動可能な主弁体23と、主弁体23の
上部に位置し外周に４極の永久磁石27が設けられ、内周
下部に副弁座39と接離する副弁体24が配置され、内周上
部に蓋30のピン35と接離する二つのストッパが設けられ
磁気回路20により回動駆動されるロータ25と、ローター
25の回動を主弁体23に伝達する伝達手段とを含んで構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流路を切換える四方
切換弁に関する。詳しくは、ヒートポンプ等の冷媒回路
における冷暖房の切換または除霜回路の切換に用いられ
る四方切換弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ヒートポンプ等の冷媒回路におけ
る冷暖房サイクルの切換には四方切換弁が用いられてい
るが、この一例としてロータリー型の四方切換弁を図８
に示す。この従来の四方切換弁は上部にソレノイドコイ
ル１と、該ソレノイドコイル１の下部に設けられた弁本
体２とよりなり、ソレノイドコイル１はヨーク１ａ，１
ｂを有し、弁本体２は、ヨーク１ａ，１ｂに接して設け
られた円筒状の筒３と、該筒３の下部に固設された弁座
４及び上部を封止した蓋５と、筒３の中を回動可能に設
けられた主弁体６とよりなり、該主弁体６は高圧連通溝
７及び低圧連通溝８が形成された弁体９と、該弁体９の
外周に固定されたヨーク１０及びマグネット１１とより
なり、中心に軸１２が挿通されて、弁座４上に回転可能
に支持されている。

【０００３】また、弁座４には高圧導管１３と低圧導管
１４と２つの導管が開口して設けられている。なお、符
号１５は弁体９を弁座４にバネ受け１６を介して押圧す
るバネであり、１７は主弁体６の回転を制限するストッ
パである。

【０００４】上記のように構成された切換弁において、
ソレノイドコイル１に通電すると該ソレノイドコイル１
のヨーク１ａ，１ｂが磁極となり、マグネット１１を有
する主弁体６を回動させ、弁体９の高圧連通溝７と低圧
連通溝８とが二つの導管と高圧導管１３及び低圧導管１
４を選択連通させ流路を切り換えることができるように
なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来の四方
切換弁においては、弁本体２の上に配置された小型のソ
レノイドコイル１の電磁力では主弁体９の受ける圧力差
が大きくなると弁体６が作動しなくなる恐れがある。そ
のため冷暖房サイクルの切換時には、圧縮機を一旦停止
させ冷暖房サイクルの高圧部と低圧部の圧力差が減少し
た後、切換える必要があるり暖房の切換に時間を要し、
特に除霜時は暖房効率が低下するという問題がある。

【０００６】本発明は上記従来の問題点に鑑み、小型な
ソレノイドコイルを用いても高い圧力差での切換を可能
とした安価な四方切換弁を実現することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発明
は、円筒２８の下端に低圧導管３１と高圧導管３２と二
つの導管３３，３４を開口した平面の主弁座２９が固着
され、上端には１箇所に下方に伸びたピン３５が固着さ
れた蓋３０が固着して密封された弁箱２２と、前記弁箱
２２の内部に、主弁座２９側に低圧導管３１と二つの導
管３３，３４の一方とを選択連通する連通溝３６を有
し、且つ、該連通溝３６より上部に開口する副弁座３９
を有する連通孔３８が設けられて弁箱２２の内周で支持
され上下及び回動可能な主弁体２３と、前記主弁体２３
の上部に位置し外周に４極の永久磁石２７が設けられ、
内周下部に副弁座３９と接離する副弁体２４が配置さ
れ、内周上部に蓋３０のピン３５と接離する二つのスト
ッパ４４，４４′が設けられたローター２５と、前記ロ
ーター２５を回動駆動する磁気回路２０と、前記ロータ
ー２５の回動を主弁体２３に伝達する伝達手段と、を含
んで構成されたことを特徴とする。

【０００８】また、請求項２の発明は、前記磁気回路
は、前記蓋３０の上方で、該蓋３０に固着され外周にコ
イル５１が配置された導磁性のコア５０と、該コア５０
の上下に９０度ずれた状態で固着されて前記永久磁石２
７の磁極と対向するようにコの字状で下方向に舌状に伸
ばされた導磁性の２つのヨーク５２，５３とで構成され
たことを特徴とする。

【０００９】また、請求項３の発明は、前記伝達手段
は、主弁体２３の上部中央に配置された平行な腕を上下
に持つねじりバネ４０と、ローター２５の内周より中心
方向に伸び上下の腕の端部に係合する凸部４５と、主弁
体２３の上面より上に伸ばされ上下の腕の中央部に挟ま
れるバネ受け４１と、で構成されたことを特徴とする。

【００１０】また、請求項４の発明は、前記ローター２
５と蓋３０との間で、外周に円輪状の受板４９を有し中
央より外周に向かう複数の腕で形成された板バネ４８が
蓋３０の中央に固着され、主弁体２３にローター２５を
介し主弁座２９方向に付勢力を与えていることを特徴と
する。

【００１１】また、請求項５の発明は、前記ローター２
５の上端の外周に設けた複数の溝と該溝内に弁箱２２内
周と受板４９に接する鋼球４７が格納されると共にロー
ター２５の下端外周に設けた複数の溝と該溝内に弁箱２
２内周と主弁座２９の上面に接する鋼球４６が格納さ
れ、該上下の鋼球４６，４７によりローター２５の回動
方向と、上下の摺動方向の支持がなされることを特徴と
する。

【００１２】また、請求項６の発明は、前記副弁体２４
は鋼球であり、ローター２５内周の１か所に下方向に開
口した凹部４３に上下に摺動可能に配置され、さらに副
弁体２４の上に配置されたコイルバネ４２で主弁体２３
側に付勢力を与えられると共に、板バネ４８の付勢力は
コイルバネ４２の付勢力より大きく設定され、ねじりバ
ネ４０に挟まれたローター２５の凸部４５と主弁体２３
のバネ受け４１が中心より外周方向に直線上にある状態
で副弁座３９を閉じていることを特徴とする。

【００１３】この構成を採ることにより、請求項１乃至
３の発明によれば、コイルの通電によりローターを所定
の角度回転させ、副弁座を開口し、主弁体の上側の圧力
を下側の圧力より小さくし、主弁体を上方向に移動させ
主弁体に働く高圧冷媒による主弁座方向への付勢力を無
くし、主弁体を回転させ流路の切換を可能にしている。
また本発明の切換弁を冷暖房回路に用いた場合、圧縮機
を運転した状態での流路の切換が可能である。さらに主
弁体の切換作動後は、主弁体は圧力により主弁座に押さ
え付けられ、コイルへの通電を必要としない。

【００１４】また、請求項４の発明によれば、主弁体は
ローターを介し板バネにより下方への付勢力を受けてい
るため、切換動作後は、速やかに主弁体を主弁座に押し
付けることが可能であると共に切換後の確実なシール性
が確保される。

【００１５】また、請求項５の発明によれば、ローター
は回転方向に対し鋼球で支持されるため、ローターが回
転し副弁座が開口後、圧力差により主弁体と共に蓋側に
押さえ付けられた状態において、回転抵抗を軽減し、ロ
ーターのスムーズな回動を可能にすると共に、主弁体も
ローター下端の鋼球により圧力差による上方の力を支持
され、スムーズな回動を可能にしている。

【００１６】また、請求項６の発明によれば、副弁体に
鋼球を用いることで、副弁体は水平方向に移動しながら
副弁座を開口可能であり副弁座が開口する時の力を軽減
させることが可能であり、従ってローターを回転させる
電磁力を小さくすることが可能でコイルの小型化が図れ
る。また副弁座を開閉する時の副弁座の磨耗を防ぎ耐久
性を向上させることが可能であり、さらに鋼球に下向き
の付勢力を与えることで副弁座の確実なシール性が得ら
れる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明の実施の形
態を示す図で、図１は縦断面図、図２は図１のII−II線
における断面図である。本実施の形態は図１に示すよう
に、磁気回路２０と、弁本体２１とよりなり、該弁本体
２１は弁箱２２と、主弁体２３と、副弁体２４を有する
ローター２５と、該ローターと一体の磁気環２６及び永
久磁石２７とを具備している。

【００１８】そして、前記弁箱２２は円管状の円筒２８
と、該円筒２８の下部に設けられた主弁座２９と、上部
を封止した蓋３０とよりなり、主弁座２９は図２の如
く、上面が平面をなし、圧縮機Ａの吸込口に接続される
低圧導管３１と、圧縮機Ａの吐出口に接続される高圧導
管３２と、室外熱交換器Ｂ及び室内熱交換器Ｃに接続さ
れる二つの導管３３、３４とが設けられている。

【００１９】また蓋３０にはローター２５の回動を制限
するストッパーとなるピン３５が植設されると共に、受
け板４９を有する板バネ４８が取り付けられけている。
なお、板バネ４８は図７に示すように複数のアーム４８
ａを有し、受け板４９は円輪状をなしている。

【００２０】また、主弁体２３は、前記主弁座２９の上
に接離可能で、且つ回動可能に設けられ、更に、主弁座
２９の前記低圧導管３１と前記二つの導管３３，３４の
一方とを選択連通する連通溝３６と、該連通溝３６の外
側に設けられた空洞３７と、前記連通溝３６から上部に
貫通して穿設された連通孔３８とが設けられている。な
お、該連通孔３８の上部出口は副弁座３９となってい
る。また、主弁体２３の上部は円柱状をなし、そこにね
じりバネ４０を支持している。また該ねじりバネ４０と
係合するバネ受け４１が主弁体２３に設けられている。
なお、弁箱２２の内部は該主弁体２３により上部空間と
下部空間とに仕切られている。

【００２１】ローター２５は略円筒形をなし、その外周
部に磁束帰還用の円筒形導磁性体の磁気環２６と４極の
永久磁石２７とが一体に設けられ、内周部には副弁体２
４と、該副弁体２４を押圧するコイルバネ４２と、該副
弁体２４及びコイルバネ４２を収容する凹部４３が形成
され、内周上部には２つのストッパ４４，４４′が設け
られている。また内周には前記ねじりバネ４０を受ける
凸部４５が形成されている。

【００２２】なお、前記ねじりバネ４０は図５（ａ）に
示すように、上下に平行な腕４０ａ，４０ｂを持ち、該
腕４０ａ，４０ｂによりローター２５の内面に設けられ
た凸部４５と主弁体２３に設けられたバネ受け４１とを
挟んでいる。この状態、すなわち、ねじりバネ４０に挟
まれたローター２５の凸部４５と主弁体２３のバネ受け
４１とが中心より外周方向に直線上にある状態の時副弁
体２４は副弁座３９を閉じている。同時にローター２５
のストッパ４４，４４′の片方がピン３５に接してい
る。このとき低圧導管３１と導管３３，３４の一方とが
連通される配置となっている。また、前記副弁体２４を
押圧するコイルバネ４２の付勢力はローター２５を上方
に押し上げないように板バネ４８の付勢力より小さく設
定されている。

【００２３】また、永久磁石２７の上、下部の外周には
鋼球が挿入される複数の溝が形成され、下部の溝には鋼
球４６が挿入され、該鋼球４６は弁箱２２の内周に接し
て主弁体２３を回動可能に支持し、上部の溝には鋼球４
７が挿入され、該鋼球４７が蓋３０に設けられた板バネ
４８に支持された受板４９により上下及び回動可動に支
持されている。そして鋼球４６，４７はローター２５を
介して板バネ４８の下方向への付勢力を主弁体２３に伝
えている。

【００２４】また、磁気回路２０は、蓋３０の上部に配
置された導磁性体のコア５０と、該コア５０に巻回され
たコイル５１と、該コアの両端に接続した一対のヨーク
５２，５３とよりなり、両ヨーク５２，５３は導磁性体
で形成され、図６（ａ）に示すように永久磁石２７の極
に対向する位置にまで伸ばされ、両ヨーク５２，５３が
９０度ずれるように弁箱２２の外周に接触している。そ
してコイル５１で発生した磁束はコア５０、ヨーク５
２、永久磁石２７の一方の極から磁気環２６を通り永久
磁石２７の他方の極を経てヨーク５３、コア５０に戻る
磁気回路が形成され、コイル５１に通電することにより
永久磁石２７が磁気的な回動力を受けローター２５が回
動するようになっている。

【００２５】このように構成された本発明の実施の形態
の作用を次に説明する。図１は、コイル５１が非通電の
状態を示し、この状態では図２に示すように圧縮機Ａの
吸込み側に接続される低圧導管３１と室内熱交換器Ｃに
接続される導管３４は連通溝３６により連通され、冷媒
は圧縮機Ａ→高圧導管３２→導管３３→室外熱交換器Ｂ
→膨張弁Ｄ→室内熱交換器Ｃ→導管３４→低圧導管３１
→圧縮機Ａを循環し冷房回路が形成されている。

【００２６】そして圧縮機Ａの高圧冷媒は高圧導管３２
より弁本体２１に入り、主弁体２３の上部と連通溝３６
を除いた下部に同圧の圧力が加わっている。またこの状
態では図５（ａ）に示すようにストッパ４４，４４′の
片方４４がストッパピン３５に当接し同時にねじりバネ
４０の上下の腕４０ａ，４０ｂに挟まれた凸部４５とバ
ネ受け４１は一直線状にあり副弁体２４は副弁座３９を
閉じている。

【００２７】ここで図６（ａ）に示すようにヨーク５２
がＮ極、ヨーク５３がＳ極となるようにコイル５１に通
電すると永久磁石２７の各々の磁極は反発、吸引力を受
け時計方向に回動力を受ける。永久磁石２７が回動力を
得ることでローター２５は回動し、図５（ｂ）の如くね
じりバネ４０の腕の片方４０ａをねじり広げると共に図
３及び図５（ｂ）に示すように副弁座３９が開く。この
状態で主弁体２３の上側の高圧冷媒は連通孔３８を通り
低圧の連通溝３６に逃げて、主弁体２３の上下に生じる
圧力差により主弁体２３とローター２５は板バネ４８の
付勢力に抗して蓋３０側に押し付けられる。

【００２８】すなわち主弁体２３は主弁座２９より離
れ、回動抵抗が減少しねじりバネ４０に係合するバネ受
け４１を介してねじりバネ４０の他方の腕より回動力を
受け、ローター２５と同一方向に回動する。この時ロー
ター２５の上下に配置された鋼球４６，４７は、主弁体
２３の圧力差により働く蓋３０方向への付勢力による主
弁体２３とローター２５の回転方向の摩擦力を軽減さ
せ、小さな力で回動可能にしている。

【００２９】さらにローター２５が回動し図５（ｃ）に
示すように、もう一方のストッパ４４′がピン３５に当
接しローター２５が停止し、主弁体２３はねじりバネ４
０の上下の腕が平行な位置、すなわち凸部４５とバネ受
け４１が直線の位置で停止し副弁座３９は副弁体２４で
閉じられ、主弁体２３の上下の圧力差が無くなり板バネ
４８の付勢力により主弁体２３は主弁座２９に押さえつ
けられ作動が完了すると共にコイル５１への通電が止め
られる。

【００３０】この状態では、図４に示すように連通溝３
６は圧縮機Ａに接続される低圧導管３１と室外熱交換器
Ｂに接続する導管３３を連通し、圧縮機Ａ→高圧導管３
２→導管３４→室内熱交換器Ｃ→膨張弁Ｄ→室該熱交換
器Ｂ→導管３３→低圧導管３１→圧縮機Ａと冷媒が循環
する暖房回路が形成される。

【００３１】次に、先とは逆に図６（ｂ）に示すように
ヨーク５２がＳ極、ヨーク５３がＮ極となるようにコイ
ル５１に通電すると永久磁石２７の各々の磁極は反発と
吸引力を受け反時計方向に回動し、それによりローター
２５も反時計方向に回動することで先の動作と逆の動作
が行われ冷凍回路は暖房回路より冷房回路に切り変わ
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明の四方切換弁に依れば、単一の駆
動手段でローターの正逆回転が行え、ローターの回動に
より副弁体を水平方向に移動させることで副弁座の開閉
が容易に行え、副弁座を開くことで主弁体の上下に圧力
差を発生させ主弁体を主弁座より離し回動させることで
高圧力差での回路の切り換えが可能であり、構造が簡単
で小型の切換弁を実現することができる。

【００３３】また、冷媒回路の切換動作は圧縮機が運転
した状態でも可能であり、冷凍サイクルの運転効率が高
くなる。また切換動作後は、コイルの通電を止めること
が可能で常時コイルへの通電の必要のない消費エネルギ
ーの少ない切換弁を実現できる。また、ローター、主弁
体ともに板バネによる主弁座側への付勢力が働いており
副弁座が閉じられたときには、速やかに主弁体を主弁座
に押し付け、確実なシール性が得られる。

【００３４】また、ローターは回転方向の支持を鋼球で
なされると共に、作動時にローターと主弁体に働く上方
向の力を鋼球で受ける構成であり、回動に必要な回転力
が低減される。従って主弁体に生じる圧力差が大きくと
も小型のコイルでスムーズで確実な回動が可能となる。
さらに、鋼球の副弁体を用いることで、副弁座の開閉時
における副弁座の磨耗が無く高い耐久性が得られると共
に、副弁体に下向きの付勢力を与えることで副弁座の確
実なシール性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の四方切換弁を示す縦断面
図である。

【図２】図１のII−II線における断面図で、冷房回路を
形成した時の状態である。

【図３】本発明の実施の形態の四方切換弁のローターが
回動した時の状態を示す縦断面図である。

【図４】図３のIV−IV線における断面図で、暖房回路を
形成した時の状態である。

【図５】本発明の実施の形態の四方切換弁のねじりバネ
の作用を説明するための図で（ａ）はローターが回動し
ない時の状態、（ｂ）はローターが回動した時の状態、
（ｃ）は主弁体が回動した時の状態をそれぞれ示す図で
ある。

【図６】本発明の実施の形態の四方切換弁のヨークと磁
石の配置を示した図で、（ａ）はコイルに通電しない時
の状態、（ｂ）はコイルに通電した時の状態を示した図
である。

【図７】本発明の実施の形態の四方切換弁の板バネの形
状を示した平面図である。

【図８】従来の四方切換弁を示す縦断面図である。

【符号の説明】

２０…磁気回路 ２１…弁本体 ２２…弁箱 ２３…主弁体 ２４…副弁体 ２５…ローター ２６…磁気環 ２７…永久磁石 ２８…円筒 ２９…主弁座 ３０…蓋 ３１…低圧導管 ３２…高圧導管 ３３，３４…導管 ３５…ストッパピン ３６…連通溝 ３７…空洞 ３８…連通孔 ３９…副弁座 ４０…ねじりバネ ４１…バネ受け ４２…コイルバネ ４３…凹部 ４４…ストッパ ４５…凸部 ４６，４７…鋼球 ４８…板バネ ４９…受け板 ５０…コア ５１…コイル ５２，５３…ヨーク Ａ…圧縮機 Ｂ…室内熱交換器 Ｃ…室外熱交換器 Ｄ…膨張弁

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒（２８）の下端に低圧導管（３１）
   と高圧導管（３２）と二つの導管（３３，３４）を開口
   した平面の主弁座（２９）が固着され、上端には１箇所
   に下方に伸びたピン（３５）が固着された蓋（３０）が
   固着して密封された弁箱（２２）と、 前記弁箱（２２）の内部に、主弁座（２９）側に低圧導
   管（３１）と二つの導管（３３，３４）の一方とを選択
   連通する連通溝（３６）を有し、且つ、該連通溝（３
   ６）より上部に開口する副弁座（３９）を有する連通孔
   （３８）が設けられて弁箱（２２）の内周で支持され上
   下及び回動可能な主弁体（２３）と、 前記主弁体（２３）の上部に位置し外周に４極の永久磁
   石（２７）が設けられ、内周下部に副弁座（３９）と接
   離する副弁体（２４）が配置され、内周上部に蓋（３
   ０）のピン（３５）と接離する二つのストッパ（４４，
   ４４′）が設けられたローター（２５）と、 前記ローター（２５）を回動駆動する磁気回路（２０）
   と、 前記ローター（２５）の回動を主弁体（２３）に伝達す
   る伝達手段と、を含んで構成されたことを特徴とする四
   方切換弁。
2. 【請求項２】 前記磁気回路（２０）は、前記蓋（３
   ０）の上方で、該蓋（３０）に固着され外周にコイル
   （５１）が配置された導磁性のコア（５０）と、該コア
   （５０）の上下に９０度ずれた状態で固着されて前記永
   久磁石（２７）の磁極と対向するようにコの字状で下方
   向に舌状に伸ばされた導磁性の２つのヨーク（５２，５
   ３）とで構成されたことを特徴とする請求項１記載の四
   方切換弁。
3. 【請求項３】 前記伝達手段は、主弁体（２３）の上部
   中央に配置された平行な腕を上下に持つねじりバネ（４
   ０）と、ローター（２５）の内周より中心方向に伸び上
   下の腕の端部に係合する凸部（４５）と、主弁体（２
   ３）の上面より上に伸ばされ上下の腕の中央部に挟まれ
   るバネ受け（４１）と、で構成されたことを特徴とする
   請求項１記載の四方切換弁。
4. 【請求項４】 前記ローター（２５）と蓋（３０）との
   間で、外周に円輪状の受板（４９）を有し中央より外周
   に向かう複数の腕で形成された板バネ（４８）が蓋（３
   ０）の中央に固着され、主弁体（２３）にローター（２
   ５）を介し主弁座（２９）方向に付勢力を与えているこ
   とを特徴とする請求項１記載の四方切換弁。
5. 【請求項５】 前記ローター（２５）の上端の外周に設
   けた複数の溝と該溝内に弁箱（２２）内周と受板（４
   ９）に接する鋼球（４７）が格納されると共にローター
   （２５）の下端外周に設けた複数の溝と該溝内に弁箱
   （２２）内周と主弁座（２９）の上面に接する鋼球（４
   ６）が格納され、該上下の鋼球（４６，４７）によりロ
   ーター（２５）の回動方向と、上下の摺動方向の支持が
   なされることを特徴とする請求項１記載の四方切換弁。
6. 【請求項６】 前記副弁体（２４）は鋼球であり、ロー
   ター（２５）内周の１か所に下方向に開口した凹部（４
   ３）に上下に摺動可能に配置され、さらに副弁体（２
   ４）の上に配置されたコイルバネ（４２）で主弁体（２
   ３）側に付勢力を与えられると共に、板バネ（４８）の
   付勢力はコイルバネ（４２）の付勢力より大きく設定さ
   れ、ねじりバネ（４０）に挟まれたローター（２５）の
   凸部（４５）と主弁体（２３）のバネ受け（４１）が中
   心より外周方向に直線上にある状態で副弁座（３９）を
   閉じていることを特徴とする請求項１記載の四方切換
   弁。