JP3909197B2 - ロータリー四方弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はロータリー四方弁に関し、特にエアコンシステムで暖房運転と冷房運転との切り換え時に冷媒の流れを切り換えるロータリー四方弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エアコンシステムにおいて、運転モードの切り換えに必要な冷媒流路の切り換えに四方弁が使われている。
【０００３】
図１３は四方弁を使用したエアコンシステムの構成を示す図である。
このエアコンシステムにおいて、四方弁１０１は４つのポートＡ〜Ｄを有し、そのポートＡは、室内熱交換器１０２、減圧装置１０３および室外熱交換器１０４を介してポートＢに接続され、ポートＣは、アキュムレータ１０５およびコンプレッサ１０６を介してポートＤに接続されている。
【０００４】
四方弁１０１は、冷房運転時は、実線で示したように、ポートＡとポートＣが連通し、ポートＢとポートＤが連通するように切り換えられる。したがって、コンプレッサ１０６にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方弁１０１のポートＤに入り、ポートＢから室外熱交換器１０４に送られ、ここで冷媒は熱交換されて凝縮され、減圧装置１０３にて断熱膨張されて低温・低圧になる。この低温・低圧の冷媒は、室内熱交換器１０２で室内の暖かい空気と熱交換されて蒸発され、四方弁１０１のポートＡおよびポートＣを通ってアキュムレータ１０５に入り、ここで気液分離されたガス冷媒がコンプレッサ１０６に戻る。
【０００５】
一方、暖房運転のとき、四方弁１０１は、破線で示したように、ポートＡとポートＤが連通し、ポートＢとポートＣが連通するように切り換えられる。したがって、コンプレッサ１０６にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方弁１０１のポートＤおよびポートＡを通って室内熱交換器１０２に入り、ここで熱交換されて室内の冷たい空気を加熱する。この室内熱交換器１０２にて凝縮された冷媒は、減圧装置１０３にて断熱膨張されて低温・低圧になり、室外熱交換器１０４での熱交換により蒸発され、四方弁１０１のポートＢおよびポートＣを通ってアキュムレータ１０５に入り、ここで気液分離されたガス冷媒がコンプレッサ１０６に戻る。
【０００６】
このように、四方弁１０１は、その冷媒流路を切り換えることにより、エアコンシステムの運転モードを切り換えることができる。
四方弁１０１としては、従来よりスライドタイプとロータリータイプとが知られている。スライドタイプの四方弁は、直線状に４つのポートが配置され、それらポートの内側開口部の隣接する２つを連通させることができるカップを摺動させることにより流路切り換えを行っている。これに対し、ロータリータイプの四方弁は、ポートＤによって高圧の冷媒が導入される高圧室内に他の３つのポートＡ〜Ｃが同一平面上に開口し、ポートＡおよびポートＢがポートＣから等距離に配置されていて、カップ状の主弁を低圧のポートＣを中心に回動させることでポートＣをポートＡまたはポートＢと選択的に連通させ、連通されていないポートは高圧導入のポートＤと連通させるようにしている。このとき、ポートＣとポートＡまたはポートＢとの冷媒流路切り換えは、カップ状の主弁をポートＣを中心に回転駆動し、ポートＡおよびポートＢが開口している面上を摺動させながら行っている。
【０００７】
ここで、エアコンが既に起動していて、一方の運転モードで動いているときには、ポートＤが接続されている高圧室にはコンプレッサ１０６から高圧の冷媒が導入されて高圧になっており、一方、カップ状の主弁の中は低圧側の冷媒流路を形成しているため、主弁には大きな差圧がかかっており、主弁はその差圧によって摺動面に押し付けられている状態になっている。この状態で、他方の運転モードに切り換えようとする場合、主弁は差圧によって動くことができない。そこで、従来では、流路の切り換えは、一旦、主弁の差圧をなくしてから行うようにしている。差圧をなくすには、カップ状の主弁を開けて、高圧のポートＤと他のすべてのポートＡ〜Ｃとをつなぐことで行う。これにより差圧がなくなって主弁を摺動面に押し付けている力がなくなるので、主弁を小さな力で駆動して切り換えることができるようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流路切り換え時にすべてのポートを均圧にして主弁にかかる差圧をなくすことは、冷凍サイクル内の圧力がほぼ初期状態に戻ることになり、流路切り換え後は、運転を最初から開始しなければならないため、システム的に非常に効率が悪いという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、システム効率をあまり悪化させることなく流路切り換えが可能なロータリー四方弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、カップ状の主弁と、前記主弁によって選択的に接続される第１および第２ポートと、前記主弁によって前記第１または第２ポートに接続される低圧側の第３ポートと、前記主弁によって接続されていないポートに接続される高圧側の第４ポートとを備え、前記第３ポートと前記第１または第２ポートとの流路の切り換えを前記第３ポートの軸線位置を回動中心として前記主弁を回動させることで行うロータリー四方弁において、前記第３ポートを開閉するよう前記主弁に設けられ、通常時は開弁している低圧閉じ弁と、前記流路を切り換えるときに開弁して、高圧側の前記第４ポートを、前記低圧閉じ弁の背圧室と連通させて前記第３ポートを閉止させるとともに、前記第１または第２ポートと連通させて前記第１、第２および第４ポートを均圧させるパイロット弁と、を備えていることを特徴とするロータリー四方弁が提供される。
【００１１】
このようなロータリー四方弁によれば、主弁の切り換えを行うときに、パイロット弁により低圧閉じ弁が低圧側の第３ポートを閉止して他の３つのポートと隔離し、他の３つのポートを均圧させてから主弁を回動させるようにした。これにより、低圧閉じ弁が低圧と高圧との差圧をそのまま保持しながら、主弁を切り換えることができるため、システムの効率に与える影響を小さくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図、図２は本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。
【００１３】
ロータリー四方弁は、冷媒流路の切り換えを行う機構を収容した第１ボディ１と、コンプレッサ、室内熱交換器、室外熱交換器およびアキュムレータへそれぞれ接続するためのポートを収容した第２ボディ２と、冷媒流路を切り換える駆動源であるステッピングモータ３とを備えている。
【００１４】
第２ボディ２は、図示の断面では、室内熱交換器に接続されるポートＡとアキュムレータに接続されるポートＣとが示されており、これ以外にこの断面図では表されていないが、室外熱交換器に接続されるポートＢおよびコンプレッサに接続されるポートＤが第１ボディ１によって囲まれる空間に開口している。第２ボディ２のポートＣに連通して上面に開口する部分には、弁座４が圧入形成されている。
【００１５】
第２ボディ２の上面には、これらのポートＡ，Ｄを連通させるとともに第１ボディ１によって囲まれる空間とは遮断するようにカップ状の主弁５が配置されている。この主弁５は、その上部に弁座４と同一軸線上に形成され第１ボディ１に形成された軸受に軸支される軸６を有し、下部は弁座４の周囲を部分的に囲むように形成されている。これにより、主弁５は、弁座４をガイドとして第２ボディ２の上面を摺動しながら回動することができる。
【００１６】
主弁５の内側には、弁座４と同一軸線上を進退可能に形成された低圧閉じ弁７を有している。この低圧閉じ弁７は、弁座４との間に介挿配置されたばね８によって開弁方向へ付勢されている。低圧閉じ弁７は、また、その背圧室と低圧のポートＣとの間を連通させるオリフィス９が中央部に形成されており、そのオリフィス９の背圧室側にはストレーナ１０が嵌合されている。さらに、低圧閉じ弁７の外周部には、金属ばねにより外側に向かって常に押し付けられているピストンリング１１が嵌合されており、外周部からの冷媒のリークを極力抑えるようにしている。また、主弁５の上部には、第１ボディ１によって囲まれた空間と低圧閉じ弁７の背圧室とを連通させるパイロットポート１２が設けられている。このパイロットポート１２は、オリフィス９よりも通路断面を十分大きくしてある。さらに、主弁５には、低圧閉じ弁７の背圧室とポートＣに連通される側のポート、図示の位置ではポートＡとの間に逆止弁１３が設けられている。
【００１７】
主弁５の軸６の基部は、扇状に形成された突起１４が一体に形成され、その円周方向両端には、主弁５の切り換えに使用されるねじりコイルばね１５が円周方向両側から圧縮するように係止されている。
【００１８】
主弁５の上部には、その軸６を中心に回動可能なカム１６が設けられている。このカム１６は、主弁５に設けられたパイロットポート１２を含む円周上にて摺動可能なパイロット弁１７が設けられており、そのパイロット弁１７はコイルばね１８によって主弁５の上部面に付勢されている。カム１６は、また、主弁５の軸６に形成された突起１４の外側に円弧状に一体に形成された突起が垂下されていて、ねじりコイルばね１５の一端と係止している。
【００１９】
カム１６は、その外周面に歯が周設されており、第１ボディ１の上部に軸支された二段ギヤ２０を介してステッピングモータ３の出力軸に設けられたギヤ２１に噛合され、減速ギヤを構成している。このカム１６は、また、第１ボディ１の上部より垂下されて一体に形成されたストッパ２２により、ある回転範囲以上に機械的に回動しないようにしている。
【００２０】
ステッピングモータ３は、第１ボディ１の中に保持された軸受２３と軸受を兼ねたキャップ２４とによって軸支されている。軸受２３は、第１ボディ１に圧入されたキャップ２５によって押えられており、そのキャップ２５の内周部にはスリーブ２６がろう付けされている。このスリーブ２６の他端は、キャップ２４によってろう付けされている。また、キャップ２５の外周にはＯリング２７が設けられて、ステッピングモータ３と第１ボディ１との間のシールを成している。これにより、ステッピングモータ３は、摺動する軸封装置を設けることなく、カム１６へ回転動力を伝達させることができる。
【００２１】
また、主弁５の回転位置を検出するために、主弁５にマグネット２８が埋設され、第１ボディ１にホール素子２９が埋設されている。さらに、カム１６上部には、リーフスプリング３０が配置されていて、カム１６および主弁５を第２ボディ２の上部摺動面に付勢するようにしている。
【００２２】
以上の構成において、図示しないポートＤから第１ボディ１によって形成された空間へ高圧が導入されている状態で、低圧のポートＣを図１のポートＡから図示しない別のポートＢへ切り換えるときの動作を簡単に説明する。切り換え前では、主弁５のパイロットポート１２は、パイロット弁１７によって閉じられており、したがって、低圧閉じ弁７の背圧室には高圧導入がないため、その背圧室はオリフィス９を介して低圧のポートＣと均圧しており、低圧閉じ弁７は、ばね８により弁座４から離れる方向へ移動されている。
【００２３】
この状態で、ステッピングモータ３によりカム１６が回転されると、それとともに移動するパイロット弁１７は、図２に示したように、パイロットポート１２の閉止位置から外れる。これにより、第１ボディ１内の高圧がパイロットポート１２を介して低圧閉じ弁７の背圧室に導入され、低圧閉じ弁７を弁座４に着座させて低圧側のポートＣを閉止するとともに、背圧室に導入された高圧は、逆止弁１３を介してポートＡに導入される。これで、低圧のポートＣだけが閉止され、ポートＡは、高圧下にある他のポートＢ，Ｄと同じ圧力になってくる。カム１６は、回転するとき、その突起１９によってねじりコイルばね１５の一端を係止しながら回転する。このとき、ねじりコイルばね１５の他端は、主弁５の突起１４に係止されたままであるため、カム１６の回転とともにねじりコイルばね１５のばね力が強くなっていく。一方で、ポートＡ，Ｂ，Ｄが均圧になっていくことで主弁５の差圧がなくなり、主弁５を第２ボディ２の状面に押し付ける力が弱くなっていく。そして、主弁５の押し付け力よりもねじりコイルばね１５の力が勝ってきた時点で、ねじりコイルばね１５が主弁５を回転させて冷媒流路の切り換えを行う。
【００２４】
主弁５が回転されることにより、主弁５の切り換え方向へ移動していたカム１６内のパイロット弁１７の直下に主弁５のパイロットポート１２が位置するようになる。これにより、パイロットポート１２が閉じるため、低圧閉じ弁７の背圧室への高圧導入がなくなる。すると、低圧閉じ弁７の背圧室は、オリフィス９を介して低圧のポートＣと均圧になるため、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れていき、図１に示したような状態になる。
【００２５】
次に、以上の主弁５の切り換え動作を、図１および図２とともに、図３ないし図６を参照して詳細に説明する。
図３は主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。図４はカムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。図５は主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。図６は主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【００２６】
ここでは、ロータリー四方弁が冷房運転状態から暖房運転状態へ切り換える場合を例にして説明する。冷房運転モードにあるとき、ロータリー四方弁は、図３の（Ａ）に示したように、主弁５が第２ボディ２の摺動面に植設されたポートＡ側のストッパ３１に当接された回転位置にある。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室外熱交換器へ接続されたポートＢと連通状態にあり、室内熱交換器へ接続されたポートＡはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にある。このとき、高圧導入のパイロットポート１２は、図３の（Ｂ）に示したように、断面扇形のパイロット弁１７によって閉じられており、ねじりコイルばね１５の両端が主弁５の軸６に一体に形成された突起１４の円周方向両側から圧縮するように係止されている。
【００２７】
ここで、ステッピングモータ３が回転してカム１６が回転されると、主弁５については、図４の（Ａ）に示したように、変化はないが、カム１６に設けられているパイロット弁１７および、カム１６より垂下されている突起１９が（Ｂ）に示したように、図の時計回り方向に回転する。カム１６が所定角度以上回転すると、パイロット弁１７は、パイロットポート１２の位置から外れていき、開弁状態になる。これにより、パイロットポート１２を介して低圧閉じ弁７の背圧室に高圧が導入され、低圧閉じ弁７を閉弁状態にするとともに、その低圧閉じ弁７の背圧室から逆止弁１３を介してポートＡに高圧が導入され、ポートＡをポートＢ，Ｄと均圧になるようにする。これと同時に、カム１６より垂下されている突起１９は、一端が主弁５の突起１４に係止されているねじりコイルばね１５の他端を回転方向に移動させる。このとき、主弁５は、ポートＢ，Ｄの高圧によって第２ボディ２の上部摺動面に押し付けられて固定されているため、ねじりコイルばね１５はカム１６の回転とともにばね力が強くなっていく。
【００２８】
このようにカム１６が回転していき、カム１６が第１ボディ１の上部より垂下されているストッパ２２に当接して、図５の（Ｂ）に示した位置で停止する。ここで、カム１６がその停止位置にて停止した後、またはその停止位置に到達する前に、ポートＡとポートＢ，Ｄとが均圧して第２ボディ２の摺動面への主弁５の押し付け力がなくなったある時点で、図６に示したように、ねじりコイルばね１５が突起１４を介して主弁５を図の時計回り方向へ回転させる。主弁５はポートＢ側のストッパ３２に機械的に当接して止る。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室内熱交換器へ接続されたポートＡと連通状態にされ、室外熱交換器へ接続されたポートＢとは遮断される。
【００２９】
このとき、主弁５が回転することで、主弁５のパイロットポート１２がカム１６に設けられたパイロット弁１７によって閉じられるため、低圧閉じ弁７の背圧室への高圧導入がなくなる。これにより、低圧閉じ弁７の背圧室が低圧のポートＣと均圧していき、その後、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れ、室外熱交換器へ接続されたポートＢはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にされる。これにより、ロータリー四方弁は暖房運転モードへの切り換えを完了する。
【００３０】
図７は本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図、図８は本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。これらの図において、図１および図２に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細は省略する。
【００３１】
この第２の実施の形態では、低圧閉じ弁７は、二重の筒状に一体形成され、ドーナツ状の背圧室４１を有している。この低圧閉じ弁７をその軸線方向に進退自在に保持する主弁５においても、その上部より垂下された筒状部４２に低圧閉じ弁７の内側の筒状部が嵌合されている。主弁５は、また、第１ボディ１によって囲まれる空間と低圧閉じ弁７のドーナツ状の背圧室４１との間に通路４３およびパイロット弁４４が設けられている。パイロット弁４４は、ばね４５によって開弁方向に付勢され、頂部が常時カム１６の下面に形成された押圧部４６に当接するようにしている。このカム１６の下面には、押圧部４６を中心に少なくとも主弁５が回動する角度分だけ円周方向両側に円弧状の凹部４６ａ（図８参照）が形成されている。すなわち、この押圧部４６は、円弧状の凹部４６ａの中心部分が滑らかに***した形状になっている。これにより、カム１６が図７の位置からステッピングモータ３によっていずれかの方向に回転されると、パイロット弁４４の当接面が押圧部４６から凹部４６ａに移るようになり、パイロット弁４４は、ばね４５によって開弁状態となり、高圧を低圧閉じ弁７の背圧室４１に導入できるようにしている。
【００３２】
パイロット弁４４は、また、その先端部にスプール弁４７が固着されており、カム１６の回転動作に伴うパイロット弁４４の開弁動作に同期して主弁５の筒状部４２に設けられた通路４８を閉じるよう動作する。この通路４８は、通常動作時では、低圧閉じ弁７のドーナツ状の背圧室４１と低圧閉じ弁７の中央軸線位置に設けられた通路４９を介して低圧のポートＣと連通するようにしている。
【００３３】
以上の構成において、図示しないポートＤから第１ボディ１によって形成された空間へ高圧が導入されている状態で、低圧のポートＣを図７に示したポートＡから図示しない別のポートＢへ切り換えるときの動作を簡単に説明する。切り換え前では、パイロット弁４４はカム１６の下面に形成された押圧部４６により押下されて閉じており、また、低圧閉じ弁７の背圧室４１は通路４８，４９を介して低圧のポートＣと連通状態になっており、低圧閉じ弁７は、ばね８により弁座４から離れる方向へ移動されている。
【００３４】
この状態で、ステッピングモータ３によりカム１６が回転されると、図８に示したように、カム１６の下面に形成された押圧部４６が移動して凹部４６ａがパイロット弁４４の上部に位置することにより、パイロット弁４４が開くとともに筒状部４２の通路４８がスプール弁４７によって閉じられる。これにより、第１ボディ１内の高圧が低圧閉じ弁７の背圧室４１に導入され、低圧閉じ弁７を弁座４に着座させて低圧側のポートＣを閉止する。低圧閉じ弁７が弁座４に着座することにより逆止弁１３への通路が開き、背圧室４１に導入された高圧が逆止弁１３を介してポートＡに導入される。これで、低圧のポートＣだけが閉止され、ポートＡは、高圧下にある他のポートＢ，Ｄと同じ圧力になってくる。カム１６は、回転するとき、その突起１９がねじりコイルばね１５の一端を係止しながら回転していく。一方で、ポートＡ，Ｂ，Ｄが均圧になっていくことで、主弁５を第２ボディ２の状面に押し付ける力が弱くなり、主弁５の押し付け力よりもねじりコイルばね１５の力が勝ってきた時点で、ねじりコイルばね１５が主弁５を一気に回転させて冷媒流路の切り換えを行う。
【００３５】
主弁５が回転されると、パイロット弁４４がカム１６の下面に形成された押圧部４６の下に移動してくる。これにより、パイロット弁４４がその押圧部４６により押下されて閉じられる。これにより、低圧閉じ弁７の背圧室４１への高圧導入がなくなるとともに、その背圧室４１は、通路４８，４９を介して低圧のポートＣと連通状態になるため、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れ、図７に示したような状態になる。
【００３６】
次に、以上の主弁５の切り換え動作を、図７および図８とともに、図９ないし図１２を参照して詳細に説明する。
図９は主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。図１０はカムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。図１１は主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。図１２は主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【００３７】
ここでは、ロータリー四方弁が冷房運転状態から暖房運転状態へ切り換える場合を例にして説明する。冷房運転モードにあるとき、ロータリー四方弁は、図９の（Ａ）に示したように、主弁５が第２ボディ２の摺動面に植設されたポートＡ側のストッパ３１に当接された回転位置にある。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室外熱交換器へ接続されたポートＢと連通状態にあり、室内熱交換器へ接続されたポートＡはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にある。このとき、パイロット弁４４は、図９の（Ｂ）に示したように、カム１６の下面に形成された押圧部４６の直下に位置しているため、その押圧部４６より押下されて閉じており、ねじりコイルばね１５の両端が主弁５の軸６に一体に形成された突起１４の円周方向両側から圧縮するように係止されている。
【００３８】
ここで、ステッピングモータ３が回転してカム１６が回転されると、主弁５については、図１０の（Ａ）に示したように、変化はないが、カム１６に設けられている押圧部４６が（Ｂ）に示したように、図の時計回り方向に回転して、パイロット弁４４の当接部が押圧部４６から凹部４６ａに移動してくる。カム１６が所定角度以上回転すると、パイロット弁４４は、カム１６の下面に形成された凹部４６ａに当接し、開弁状態になる。これにより、通路４３およびパイロット弁４４を介して低圧閉じ弁７の背圧室４１に高圧が導入されるとともに、パイロット弁４４に固定されたスプール弁４７が筒状部４２の通路４８を閉じることにより、低圧閉じ弁７は弁座４に着座するよう移動して閉弁状態になる。また、低圧閉じ弁７が移動することにより、低圧閉じ弁７の背圧室４１は逆止弁１３と連通状態になり、第１ボディ１の空間内の高圧が低圧閉じ弁７の背圧室４１から逆止弁１３を介してポートＡに導入され、ポートＡをポートＢ，Ｄと均圧させていく。これと同時に、カム１６より垂下されている突起１９は、一端が主弁５の突起１４に係止されているねじりコイルばね１５の他端を回転方向に移動させる。このとき、主弁５は、ポートＢ，Ｄの高圧によって第２ボディ２の上部摺動面に押し付けられているため、ねじりコイルばね１５はカム１６の回転とともにばね力が強くなっていく。
【００３９】
このようにカム１６が回転していき、カム１６が第１ボディ１の上部より垂下されているストッパ２２に当接して、図１１の（Ｂ）に示した位置で停止する。ここで、カム１６がその停止位置にて停止した後、またはその停止位置に到達する前に、ポートＡとポートＢ，Ｄとが均圧して第２ボディ２の摺動面への主弁５の押し付け力がなくなったある時点で、図１２に示したように、ねじりコイルばね１５が突起１４を介して主弁５を図の時計回り方向へ回転させる。主弁５はポートＢ側のストッパ３２に機械的に当接して止る。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室内熱交換器へ接続されたポートＡと連通状態にされ、室外熱交換器へ接続されたポートＢとは遮断される。
【００４０】
このとき、主弁５が回転することにより、パイロット弁４４がカム１６の下面に設けられた押圧部４６の直下に移動してくる。このため、パイロット弁４４は閉じられ、スプール弁４７は筒状部４２の通路４８を開ける。これにより、低圧閉じ弁７の背圧室４１への高圧導入がなくなり、その背圧室４１の圧力は低圧閉じ弁７の通路４９を介して逃げるようになるため、背圧室４１はポートＣと均圧していく。その後、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れ、室外熱交換器へ接続されたポートＢはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にされる。これにより、ロータリー四方弁は暖房運転モードへの切り換えを完了する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、低圧閉じ弁を備え、流路を切り換えるときに、低圧側のポートを閉止し、他の３つのポートを均圧させて主弁の回動を容易にする構成にした。これにより、低圧閉じ弁が低圧と高圧との差圧をそのまま保持しながら、主弁を切り換えることができるため、システムの効率に与える影響を小さくすることができる。
【００４２】
また、低圧閉じ弁を駆動する高圧を逆止弁を通して主弁の中に導入するようにしたことにより、均圧時間が短くなり、切り換えを素早く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。
【図３】主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図４】カムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図５】主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図６】主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。
【図９】主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１０】カムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１１】主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１２】主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１３】四方弁を使用したエアコンシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１ボディ
２ 第２ボディ
３ ステッピングモータ
４ 弁座
５ 主弁
６ 軸
７ 低圧閉じ弁
８ ばね
９ オリフィス
１０ ストレーナ
１１ ピストンリング
１２ パイロットポート
１３ 逆止弁
１４ 突起
１５ ねじりコイルばね
１６ カム
１７ パイロット弁
１８ コイルばね
１９ 突起
２０ 二段ギヤ
２１ ギヤ
２２ ストッパ
２３ 軸受
２４ キャップ
２５ キャップ
２６ スリーブ
２７ Ｏリング
２８ マグネット
２９ ホール素子
３０ リーフスプリング
３１ ストッパ
３２ ストッパ
４１ 背圧室
４２ 筒状部
４３ 通路
４４ パイロット弁
４５ ばね
４６ 押圧部
４６ａ 凹部
４７ スプール弁
４８，４９ 通路
Ａ〜Ｄ ポート
【発明の属する技術分野】
本発明はロータリー四方弁に関し、特にエアコンシステムで暖房運転と冷房運転との切り換え時に冷媒の流れを切り換えるロータリー四方弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エアコンシステムにおいて、運転モードの切り換えに必要な冷媒流路の切り換えに四方弁が使われている。
【０００３】
図１３は四方弁を使用したエアコンシステムの構成を示す図である。
このエアコンシステムにおいて、四方弁１０１は４つのポートＡ〜Ｄを有し、そのポートＡは、室内熱交換器１０２、減圧装置１０３および室外熱交換器１０４を介してポートＢに接続され、ポートＣは、アキュムレータ１０５およびコンプレッサ１０６を介してポートＤに接続されている。
【０００４】
四方弁１０１は、冷房運転時は、実線で示したように、ポートＡとポートＣが連通し、ポートＢとポートＤが連通するように切り換えられる。したがって、コンプレッサ１０６にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方弁１０１のポートＤに入り、ポートＢから室外熱交換器１０４に送られ、ここで冷媒は熱交換されて凝縮され、減圧装置１０３にて断熱膨張されて低温・低圧になる。この低温・低圧の冷媒は、室内熱交換器１０２で室内の暖かい空気と熱交換されて蒸発され、四方弁１０１のポートＡおよびポートＣを通ってアキュムレータ１０５に入り、ここで気液分離されたガス冷媒がコンプレッサ１０６に戻る。
【０００５】
一方、暖房運転のとき、四方弁１０１は、破線で示したように、ポートＡとポートＤが連通し、ポートＢとポートＣが連通するように切り換えられる。したがって、コンプレッサ１０６にて圧縮された高温・高圧の冷媒は、四方弁１０１のポートＤおよびポートＡを通って室内熱交換器１０２に入り、ここで熱交換されて室内の冷たい空気を加熱する。この室内熱交換器１０２にて凝縮された冷媒は、減圧装置１０３にて断熱膨張されて低温・低圧になり、室外熱交換器１０４での熱交換により蒸発され、四方弁１０１のポートＢおよびポートＣを通ってアキュムレータ１０５に入り、ここで気液分離されたガス冷媒がコンプレッサ１０６に戻る。
【０００６】
このように、四方弁１０１は、その冷媒流路を切り換えることにより、エアコンシステムの運転モードを切り換えることができる。
四方弁１０１としては、従来よりスライドタイプとロータリータイプとが知られている。スライドタイプの四方弁は、直線状に４つのポートが配置され、それらポートの内側開口部の隣接する２つを連通させることができるカップを摺動させることにより流路切り換えを行っている。これに対し、ロータリータイプの四方弁は、ポートＤによって高圧の冷媒が導入される高圧室内に他の３つのポートＡ〜Ｃが同一平面上に開口し、ポートＡおよびポートＢがポートＣから等距離に配置されていて、カップ状の主弁を低圧のポートＣを中心に回動させることでポートＣをポートＡまたはポートＢと選択的に連通させ、連通されていないポートは高圧導入のポートＤと連通させるようにしている。このとき、ポートＣとポートＡまたはポートＢとの冷媒流路切り換えは、カップ状の主弁をポートＣを中心に回転駆動し、ポートＡおよびポートＢが開口している面上を摺動させながら行っている。
【０００７】
ここで、エアコンが既に起動していて、一方の運転モードで動いているときには、ポートＤが接続されている高圧室にはコンプレッサ１０６から高圧の冷媒が導入されて高圧になっており、一方、カップ状の主弁の中は低圧側の冷媒流路を形成しているため、主弁には大きな差圧がかかっており、主弁はその差圧によって摺動面に押し付けられている状態になっている。この状態で、他方の運転モードに切り換えようとする場合、主弁は差圧によって動くことができない。そこで、従来では、流路の切り換えは、一旦、主弁の差圧をなくしてから行うようにしている。差圧をなくすには、カップ状の主弁を開けて、高圧のポートＤと他のすべてのポートＡ〜Ｃとをつなぐことで行う。これにより差圧がなくなって主弁を摺動面に押し付けている力がなくなるので、主弁を小さな力で駆動して切り換えることができるようになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流路切り換え時にすべてのポートを均圧にして主弁にかかる差圧をなくすことは、冷凍サイクル内の圧力がほぼ初期状態に戻ることになり、流路切り換え後は、運転を最初から開始しなければならないため、システム的に非常に効率が悪いという問題点があった。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、システム効率をあまり悪化させることなく流路切り換えが可能なロータリー四方弁を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、カップ状の主弁と、前記主弁によって選択的に接続される第１および第２ポートと、前記主弁によって前記第１または第２ポートに接続される低圧側の第３ポートと、前記主弁によって接続されていないポートに接続される高圧側の第４ポートとを備え、前記第３ポートと前記第１または第２ポートとの流路の切り換えを前記第３ポートの軸線位置を回動中心として前記主弁を回動させることで行うロータリー四方弁において、前記第３ポートを開閉するよう前記主弁に設けられ、通常時は開弁している低圧閉じ弁と、前記流路を切り換えるときに開弁して、高圧側の前記第４ポートを、前記低圧閉じ弁の背圧室と連通させて前記第３ポートを閉止させるとともに、前記第１または第２ポートと連通させて前記第１、第２および第４ポートを均圧させるパイロット弁と、を備えていることを特徴とするロータリー四方弁が提供される。
【００１１】
このようなロータリー四方弁によれば、主弁の切り換えを行うときに、パイロット弁により低圧閉じ弁が低圧側の第３ポートを閉止して他の３つのポートと隔離し、他の３つのポートを均圧させてから主弁を回動させるようにした。これにより、低圧閉じ弁が低圧と高圧との差圧をそのまま保持しながら、主弁を切り換えることができるため、システムの効率に与える影響を小さくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図、図２は本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。
【００１３】
ロータリー四方弁は、冷媒流路の切り換えを行う機構を収容した第１ボディ１と、コンプレッサ、室内熱交換器、室外熱交換器およびアキュムレータへそれぞれ接続するためのポートを収容した第２ボディ２と、冷媒流路を切り換える駆動源であるステッピングモータ３とを備えている。
【００１４】
第２ボディ２は、図示の断面では、室内熱交換器に接続されるポートＡとアキュムレータに接続されるポートＣとが示されており、これ以外にこの断面図では表されていないが、室外熱交換器に接続されるポートＢおよびコンプレッサに接続されるポートＤが第１ボディ１によって囲まれる空間に開口している。第２ボディ２のポートＣに連通して上面に開口する部分には、弁座４が圧入形成されている。
【００１５】
第２ボディ２の上面には、これらのポートＡ，Ｄを連通させるとともに第１ボディ１によって囲まれる空間とは遮断するようにカップ状の主弁５が配置されている。この主弁５は、その上部に弁座４と同一軸線上に形成され第１ボディ１に形成された軸受に軸支される軸６を有し、下部は弁座４の周囲を部分的に囲むように形成されている。これにより、主弁５は、弁座４をガイドとして第２ボディ２の上面を摺動しながら回動することができる。
【００１６】
主弁５の内側には、弁座４と同一軸線上を進退可能に形成された低圧閉じ弁７を有している。この低圧閉じ弁７は、弁座４との間に介挿配置されたばね８によって開弁方向へ付勢されている。低圧閉じ弁７は、また、その背圧室と低圧のポートＣとの間を連通させるオリフィス９が中央部に形成されており、そのオリフィス９の背圧室側にはストレーナ１０が嵌合されている。さらに、低圧閉じ弁７の外周部には、金属ばねにより外側に向かって常に押し付けられているピストンリング１１が嵌合されており、外周部からの冷媒のリークを極力抑えるようにしている。また、主弁５の上部には、第１ボディ１によって囲まれた空間と低圧閉じ弁７の背圧室とを連通させるパイロットポート１２が設けられている。このパイロットポート１２は、オリフィス９よりも通路断面を十分大きくしてある。さらに、主弁５には、低圧閉じ弁７の背圧室とポートＣに連通される側のポート、図示の位置ではポートＡとの間に逆止弁１３が設けられている。
【００１７】
主弁５の軸６の基部は、扇状に形成された突起１４が一体に形成され、その円周方向両端には、主弁５の切り換えに使用されるねじりコイルばね１５が円周方向両側から圧縮するように係止されている。
【００１８】
主弁５の上部には、その軸６を中心に回動可能なカム１６が設けられている。このカム１６は、主弁５に設けられたパイロットポート１２を含む円周上にて摺動可能なパイロット弁１７が設けられており、そのパイロット弁１７はコイルばね１８によって主弁５の上部面に付勢されている。カム１６は、また、主弁５の軸６に形成された突起１４の外側に円弧状に一体に形成された突起が垂下されていて、ねじりコイルばね１５の一端と係止している。
【００１９】
カム１６は、その外周面に歯が周設されており、第１ボディ１の上部に軸支された二段ギヤ２０を介してステッピングモータ３の出力軸に設けられたギヤ２１に噛合され、減速ギヤを構成している。このカム１６は、また、第１ボディ１の上部より垂下されて一体に形成されたストッパ２２により、ある回転範囲以上に機械的に回動しないようにしている。
【００２０】
ステッピングモータ３は、第１ボディ１の中に保持された軸受２３と軸受を兼ねたキャップ２４とによって軸支されている。軸受２３は、第１ボディ１に圧入されたキャップ２５によって押えられており、そのキャップ２５の内周部にはスリーブ２６がろう付けされている。このスリーブ２６の他端は、キャップ２４によってろう付けされている。また、キャップ２５の外周にはＯリング２７が設けられて、ステッピングモータ３と第１ボディ１との間のシールを成している。これにより、ステッピングモータ３は、摺動する軸封装置を設けることなく、カム１６へ回転動力を伝達させることができる。
【００２１】
また、主弁５の回転位置を検出するために、主弁５にマグネット２８が埋設され、第１ボディ１にホール素子２９が埋設されている。さらに、カム１６上部には、リーフスプリング３０が配置されていて、カム１６および主弁５を第２ボディ２の上部摺動面に付勢するようにしている。
【００２２】
以上の構成において、図示しないポートＤから第１ボディ１によって形成された空間へ高圧が導入されている状態で、低圧のポートＣを図１のポートＡから図示しない別のポートＢへ切り換えるときの動作を簡単に説明する。切り換え前では、主弁５のパイロットポート１２は、パイロット弁１７によって閉じられており、したがって、低圧閉じ弁７の背圧室には高圧導入がないため、その背圧室はオリフィス９を介して低圧のポートＣと均圧しており、低圧閉じ弁７は、ばね８により弁座４から離れる方向へ移動されている。
【００２３】
この状態で、ステッピングモータ３によりカム１６が回転されると、それとともに移動するパイロット弁１７は、図２に示したように、パイロットポート１２の閉止位置から外れる。これにより、第１ボディ１内の高圧がパイロットポート１２を介して低圧閉じ弁７の背圧室に導入され、低圧閉じ弁７を弁座４に着座させて低圧側のポートＣを閉止するとともに、背圧室に導入された高圧は、逆止弁１３を介してポートＡに導入される。これで、低圧のポートＣだけが閉止され、ポートＡは、高圧下にある他のポートＢ，Ｄと同じ圧力になってくる。カム１６は、回転するとき、その突起１９によってねじりコイルばね１５の一端を係止しながら回転する。このとき、ねじりコイルばね１５の他端は、主弁５の突起１４に係止されたままであるため、カム１６の回転とともにねじりコイルばね１５のばね力が強くなっていく。一方で、ポートＡ，Ｂ，Ｄが均圧になっていくことで主弁５の差圧がなくなり、主弁５を第２ボディ２の状面に押し付ける力が弱くなっていく。そして、主弁５の押し付け力よりもねじりコイルばね１５の力が勝ってきた時点で、ねじりコイルばね１５が主弁５を回転させて冷媒流路の切り換えを行う。
【００２４】
主弁５が回転されることにより、主弁５の切り換え方向へ移動していたカム１６内のパイロット弁１７の直下に主弁５のパイロットポート１２が位置するようになる。これにより、パイロットポート１２が閉じるため、低圧閉じ弁７の背圧室への高圧導入がなくなる。すると、低圧閉じ弁７の背圧室は、オリフィス９を介して低圧のポートＣと均圧になるため、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れていき、図１に示したような状態になる。
【００２５】
次に、以上の主弁５の切り換え動作を、図１および図２とともに、図３ないし図６を参照して詳細に説明する。
図３は主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。図４はカムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。図５は主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。図６は主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【００２６】
ここでは、ロータリー四方弁が冷房運転状態から暖房運転状態へ切り換える場合を例にして説明する。冷房運転モードにあるとき、ロータリー四方弁は、図３の（Ａ）に示したように、主弁５が第２ボディ２の摺動面に植設されたポートＡ側のストッパ３１に当接された回転位置にある。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室外熱交換器へ接続されたポートＢと連通状態にあり、室内熱交換器へ接続されたポートＡはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にある。このとき、高圧導入のパイロットポート１２は、図３の（Ｂ）に示したように、断面扇形のパイロット弁１７によって閉じられており、ねじりコイルばね１５の両端が主弁５の軸６に一体に形成された突起１４の円周方向両側から圧縮するように係止されている。
【００２７】
ここで、ステッピングモータ３が回転してカム１６が回転されると、主弁５については、図４の（Ａ）に示したように、変化はないが、カム１６に設けられているパイロット弁１７および、カム１６より垂下されている突起１９が（Ｂ）に示したように、図の時計回り方向に回転する。カム１６が所定角度以上回転すると、パイロット弁１７は、パイロットポート１２の位置から外れていき、開弁状態になる。これにより、パイロットポート１２を介して低圧閉じ弁７の背圧室に高圧が導入され、低圧閉じ弁７を閉弁状態にするとともに、その低圧閉じ弁７の背圧室から逆止弁１３を介してポートＡに高圧が導入され、ポートＡをポートＢ，Ｄと均圧になるようにする。これと同時に、カム１６より垂下されている突起１９は、一端が主弁５の突起１４に係止されているねじりコイルばね１５の他端を回転方向に移動させる。このとき、主弁５は、ポートＢ，Ｄの高圧によって第２ボディ２の上部摺動面に押し付けられて固定されているため、ねじりコイルばね１５はカム１６の回転とともにばね力が強くなっていく。
【００２８】
このようにカム１６が回転していき、カム１６が第１ボディ１の上部より垂下されているストッパ２２に当接して、図５の（Ｂ）に示した位置で停止する。ここで、カム１６がその停止位置にて停止した後、またはその停止位置に到達する前に、ポートＡとポートＢ，Ｄとが均圧して第２ボディ２の摺動面への主弁５の押し付け力がなくなったある時点で、図６に示したように、ねじりコイルばね１５が突起１４を介して主弁５を図の時計回り方向へ回転させる。主弁５はポートＢ側のストッパ３２に機械的に当接して止る。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室内熱交換器へ接続されたポートＡと連通状態にされ、室外熱交換器へ接続されたポートＢとは遮断される。
【００２９】
このとき、主弁５が回転することで、主弁５のパイロットポート１２がカム１６に設けられたパイロット弁１７によって閉じられるため、低圧閉じ弁７の背圧室への高圧導入がなくなる。これにより、低圧閉じ弁７の背圧室が低圧のポートＣと均圧していき、その後、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れ、室外熱交換器へ接続されたポートＢはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にされる。これにより、ロータリー四方弁は暖房運転モードへの切り換えを完了する。
【００３０】
図７は本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図、図８は本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。これらの図において、図１および図２に示した構成要素と同じ要素については同じ符号を付してその詳細は省略する。
【００３１】
この第２の実施の形態では、低圧閉じ弁７は、二重の筒状に一体形成され、ドーナツ状の背圧室４１を有している。この低圧閉じ弁７をその軸線方向に進退自在に保持する主弁５においても、その上部より垂下された筒状部４２に低圧閉じ弁７の内側の筒状部が嵌合されている。主弁５は、また、第１ボディ１によって囲まれる空間と低圧閉じ弁７のドーナツ状の背圧室４１との間に通路４３およびパイロット弁４４が設けられている。パイロット弁４４は、ばね４５によって開弁方向に付勢され、頂部が常時カム１６の下面に形成された押圧部４６に当接するようにしている。このカム１６の下面には、押圧部４６を中心に少なくとも主弁５が回動する角度分だけ円周方向両側に円弧状の凹部４６ａ（図８参照）が形成されている。すなわち、この押圧部４６は、円弧状の凹部４６ａの中心部分が滑らかに***した形状になっている。これにより、カム１６が図７の位置からステッピングモータ３によっていずれかの方向に回転されると、パイロット弁４４の当接面が押圧部４６から凹部４６ａに移るようになり、パイロット弁４４は、ばね４５によって開弁状態となり、高圧を低圧閉じ弁７の背圧室４１に導入できるようにしている。
【００３２】
パイロット弁４４は、また、その先端部にスプール弁４７が固着されており、カム１６の回転動作に伴うパイロット弁４４の開弁動作に同期して主弁５の筒状部４２に設けられた通路４８を閉じるよう動作する。この通路４８は、通常動作時では、低圧閉じ弁７のドーナツ状の背圧室４１と低圧閉じ弁７の中央軸線位置に設けられた通路４９を介して低圧のポートＣと連通するようにしている。
【００３３】
以上の構成において、図示しないポートＤから第１ボディ１によって形成された空間へ高圧が導入されている状態で、低圧のポートＣを図７に示したポートＡから図示しない別のポートＢへ切り換えるときの動作を簡単に説明する。切り換え前では、パイロット弁４４はカム１６の下面に形成された押圧部４６により押下されて閉じており、また、低圧閉じ弁７の背圧室４１は通路４８，４９を介して低圧のポートＣと連通状態になっており、低圧閉じ弁７は、ばね８により弁座４から離れる方向へ移動されている。
【００３４】
この状態で、ステッピングモータ３によりカム１６が回転されると、図８に示したように、カム１６の下面に形成された押圧部４６が移動して凹部４６ａがパイロット弁４４の上部に位置することにより、パイロット弁４４が開くとともに筒状部４２の通路４８がスプール弁４７によって閉じられる。これにより、第１ボディ１内の高圧が低圧閉じ弁７の背圧室４１に導入され、低圧閉じ弁７を弁座４に着座させて低圧側のポートＣを閉止する。低圧閉じ弁７が弁座４に着座することにより逆止弁１３への通路が開き、背圧室４１に導入された高圧が逆止弁１３を介してポートＡに導入される。これで、低圧のポートＣだけが閉止され、ポートＡは、高圧下にある他のポートＢ，Ｄと同じ圧力になってくる。カム１６は、回転するとき、その突起１９がねじりコイルばね１５の一端を係止しながら回転していく。一方で、ポートＡ，Ｂ，Ｄが均圧になっていくことで、主弁５を第２ボディ２の状面に押し付ける力が弱くなり、主弁５の押し付け力よりもねじりコイルばね１５の力が勝ってきた時点で、ねじりコイルばね１５が主弁５を一気に回転させて冷媒流路の切り換えを行う。
【００３５】
主弁５が回転されると、パイロット弁４４がカム１６の下面に形成された押圧部４６の下に移動してくる。これにより、パイロット弁４４がその押圧部４６により押下されて閉じられる。これにより、低圧閉じ弁７の背圧室４１への高圧導入がなくなるとともに、その背圧室４１は、通路４８，４９を介して低圧のポートＣと連通状態になるため、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れ、図７に示したような状態になる。
【００３６】
次に、以上の主弁５の切り換え動作を、図７および図８とともに、図９ないし図１２を参照して詳細に説明する。
図９は主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。図１０はカムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。図１１は主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。図１２は主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【００３７】
ここでは、ロータリー四方弁が冷房運転状態から暖房運転状態へ切り換える場合を例にして説明する。冷房運転モードにあるとき、ロータリー四方弁は、図９の（Ａ）に示したように、主弁５が第２ボディ２の摺動面に植設されたポートＡ側のストッパ３１に当接された回転位置にある。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室外熱交換器へ接続されたポートＢと連通状態にあり、室内熱交換器へ接続されたポートＡはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にある。このとき、パイロット弁４４は、図９の（Ｂ）に示したように、カム１６の下面に形成された押圧部４６の直下に位置しているため、その押圧部４６より押下されて閉じており、ねじりコイルばね１５の両端が主弁５の軸６に一体に形成された突起１４の円周方向両側から圧縮するように係止されている。
【００３８】
ここで、ステッピングモータ３が回転してカム１６が回転されると、主弁５については、図１０の（Ａ）に示したように、変化はないが、カム１６に設けられている押圧部４６が（Ｂ）に示したように、図の時計回り方向に回転して、パイロット弁４４の当接部が押圧部４６から凹部４６ａに移動してくる。カム１６が所定角度以上回転すると、パイロット弁４４は、カム１６の下面に形成された凹部４６ａに当接し、開弁状態になる。これにより、通路４３およびパイロット弁４４を介して低圧閉じ弁７の背圧室４１に高圧が導入されるとともに、パイロット弁４４に固定されたスプール弁４７が筒状部４２の通路４８を閉じることにより、低圧閉じ弁７は弁座４に着座するよう移動して閉弁状態になる。また、低圧閉じ弁７が移動することにより、低圧閉じ弁７の背圧室４１は逆止弁１３と連通状態になり、第１ボディ１の空間内の高圧が低圧閉じ弁７の背圧室４１から逆止弁１３を介してポートＡに導入され、ポートＡをポートＢ，Ｄと均圧させていく。これと同時に、カム１６より垂下されている突起１９は、一端が主弁５の突起１４に係止されているねじりコイルばね１５の他端を回転方向に移動させる。このとき、主弁５は、ポートＢ，Ｄの高圧によって第２ボディ２の上部摺動面に押し付けられているため、ねじりコイルばね１５はカム１６の回転とともにばね力が強くなっていく。
【００３９】
このようにカム１６が回転していき、カム１６が第１ボディ１の上部より垂下されているストッパ２２に当接して、図１１の（Ｂ）に示した位置で停止する。ここで、カム１６がその停止位置にて停止した後、またはその停止位置に到達する前に、ポートＡとポートＢ，Ｄとが均圧して第２ボディ２の摺動面への主弁５の押し付け力がなくなったある時点で、図１２に示したように、ねじりコイルばね１５が突起１４を介して主弁５を図の時計回り方向へ回転させる。主弁５はポートＢ側のストッパ３２に機械的に当接して止る。これにより、コンプレッサに接続された高圧のポートＤは室内熱交換器へ接続されたポートＡと連通状態にされ、室外熱交換器へ接続されたポートＢとは遮断される。
【００４０】
このとき、主弁５が回転することにより、パイロット弁４４がカム１６の下面に設けられた押圧部４６の直下に移動してくる。このため、パイロット弁４４は閉じられ、スプール弁４７は筒状部４２の通路４８を開ける。これにより、低圧閉じ弁７の背圧室４１への高圧導入がなくなり、その背圧室４１の圧力は低圧閉じ弁７の通路４９を介して逃げるようになるため、背圧室４１はポートＣと均圧していく。その後、低圧閉じ弁７はばね８によって弁座４から離れ、室外熱交換器へ接続されたポートＢはアキュムレータへ接続された低圧のポートＣと連通状態にされる。これにより、ロータリー四方弁は暖房運転モードへの切り換えを完了する。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、低圧閉じ弁を備え、流路を切り換えるときに、低圧側のポートを閉止し、他の３つのポートを均圧させて主弁の回動を容易にする構成にした。これにより、低圧閉じ弁が低圧と高圧との差圧をそのまま保持しながら、主弁を切り換えることができるため、システムの効率に与える影響を小さくすることができる。
【００４２】
また、低圧閉じ弁を駆動する高圧を逆止弁を通して主弁の中に導入するようにしたことにより、均圧時間が短くなり、切り換えを素早く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。
【図３】主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図４】カムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図５】主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図６】主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図１のａ−ａ矢視断面を示し、（Ｂ）は図１のｂ−ｂ矢視断面を示している。
【図７】本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の通常動作時の状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態によるロータリー四方弁の切り換え時の動作状態を示す断面図である。
【図９】主弁の切り換え動作前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１０】カムの動作開始状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１１】主弁の切り換え動作直前の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１２】主弁の切り換え動作後の状態を示す説明図であって、（Ａ）は図７のｃ−ｃ矢視断面を示し、（Ｂ）は図７のｄ−ｄ矢視断面を示している。
【図１３】四方弁を使用したエアコンシステムの構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 第１ボディ
２ 第２ボディ
３ ステッピングモータ
４ 弁座
５ 主弁
６ 軸
７ 低圧閉じ弁
８ ばね
９ オリフィス
１０ ストレーナ
１１ ピストンリング
１２ パイロットポート
１３ 逆止弁
１４ 突起
１５ ねじりコイルばね
１６ カム
１７ パイロット弁
１８ コイルばね
１９ 突起
２０ 二段ギヤ
２１ ギヤ
２２ ストッパ
２３ 軸受
２４ キャップ
２５ キャップ
２６ スリーブ
２７ Ｏリング
２８ マグネット
２９ ホール素子
３０ リーフスプリング
３１ ストッパ
３２ ストッパ
４１ 背圧室
４２ 筒状部
４３ 通路
４４ パイロット弁
４５ ばね
４６ 押圧部
４６ａ 凹部
４７ スプール弁
４８，４９ 通路
Ａ〜Ｄ ポート
Claims (10)
- カップ状の主弁と、前記主弁によって選択的に接続される第１および第２ポートと、前記主弁によって前記第１または第２ポートに接続される低圧側の第３ポートと、前記主弁によって接続されていないポートに接続される高圧側の第４ポートとを備え、前記第３ポートと前記第１または第２ポートとの流路の切り換えを前記第３ポートの軸線位置を回動中心として前記主弁を回動させることで行うロータリー四方弁において、
前記第３ポートを開閉するよう前記主弁に設けられ、通常時は開弁している低圧閉じ弁と、
前記流路を切り換えるときに開弁して、高圧側の前記第４ポートを、前記低圧閉じ弁の背圧室と連通させて前記第３ポートを閉止させるとともに、前記第１または第２ポートと連通させて前記第１、第２および第４ポートを均圧させるパイロット弁と、
を備えていることを特徴とするロータリー四方弁。 - 前記低圧閉じ弁は、前記主弁が摺動しながら回動する摺動面の前記第３ポートの開口部に設けられた弁座に対して前記第３ポートの軸線方向に接離するように前記主弁内に配置され、通常時はオリフィスを介して前記背圧室と前記第３ポートとが均圧されるとともに前記弁座から離れる方向へ付勢されており、流路切り換え時には前記パイロット弁を介して前記第４ポートからの高圧の圧力を前記背圧室へ導入することで閉弁するようにしたことを特徴とする請求項１記載のロータリー四方弁。
- 前記低圧閉じ弁が閉弁方向へ移動することにより入口が開口されて、前記背圧室に導入された高圧の圧力を、前記主弁によって前記第３ポートと接続されている前記第１または第２ポートの側へ導入する逆止弁を備えていることを特徴とする請求項２記載のロータリー四方弁。
- 前記パイロット弁は、前記主弁がとる２つの切り換え位置の間を移動可能に配置され、通常時は前記主弁の切り換え位置にて前記主弁に設けられたパイロットポートを閉じ、流路切り換え時に前記主弁の一方の切り換え位置から他方の切り換え位置へ移動することにより前記パイロットポートを開き、前記主弁が一方の切り換え位置から他方の切り換え位置へ回動してくることにより前記パイロットポートを閉じることを特徴とする請求項２記載のロータリー四方弁。
- 前記パイロット弁を保持し、前記主弁の回動軸と同軸に回動可能に配置され、モータによって前記２つの切り換え位置の間を回転駆動されるカムを備えていることを特徴とする請求項４記載のロータリー四方弁。
- 前記カムと前記主弁との間に両端が互いに係止するよう配置され、流路切り換え時に前記カムが一方の切り換え位置から他方の切り換え位置へ回動されることによって強くなるばね力が前記第１、第２および第４ポートが均圧されることにより前記第４ポートから導入されていた高圧の圧力による前記主弁の前記摺動面への押し付け力よりも勝ったときに、前記ばね力により前記主弁を他方の切り換え位置へ回動させるようにしたねじりコイルばねを備えていることを特徴とする請求項５記載のロータリー四方弁。
- 前記低圧閉じ弁は、前記主弁が摺動しながら回動する摺動面の前記第３ポートの開口部に設けられた弁座に対して前記第３ポートの軸線方向に接離するように前記主弁内に配置され、前記弁座の側と反対側に前記主弁の内側から突設された筒状部により隔離されたドーナツ状の前記背圧室を有し、通常時は前記筒状部に設けられたリーク通路および前記低圧閉じ弁の軸線位置に設けられた中央通路を介して前記背圧室と前記第３ポートとが均圧されるとともに前記弁座から離れる方向へ付勢されており、流路切り換え時には前記パイロット弁を介して前記第４ポートからの高圧の圧力を前記背圧室へ導入するとともに前記パイロット弁と同期して動くリーク遮断弁が前記パイロット弁の開弁時に前記リーク通路を閉止するようにしたことを特徴とする請求項１記載のロータリー四方弁。
- 前記低圧閉じ弁が閉弁方向へ移動することにより入口が開口されて、前記背圧室に導入された高圧の圧力を、前記主弁によって前記第３ポートと接続されている前記第１または第２ポートの側へ導入する逆止弁を備えていることを特徴とする請求項７記載のロータリー四方弁。
- 前記主弁の回動軸と同軸に回動可能に配置され、前記主弁がとる２つの切り換え位置の間をモータによって回転駆動され、前記パイロット弁との当接位置に開弁部、閉弁部および開弁部が円周方向に設けられていて、通常時は前記閉弁部が前記パイロット弁を閉弁状態に保持し、一方の切り換え位置から他方の切り換え位置へ回動されるとき前記開弁部が前記パイロット弁を開弁状態にし、主弁が切り換えられて他方の切り換え位置へ回動されてきたとき前記閉弁部が前記パイロット弁を閉弁状態に戻すようにしたカムを備えていることを特徴とする請求項７記載のロータリー四方弁。
- 前記カムと前記主弁との間に両端が互いに係止するよう配置され、流路切り換え時に前記カムが一方の切り換え位置から他方の切り換え位置へ回動されることによって強くなるばね力が前記第１、第２および第４ポートが均圧されることにより前記第４ポートから導入されていた高圧の圧力による前記主弁の前記摺動面への押し付け力よりも勝ったときに、前記ばね力により前記主弁を他方の切り換え位置へ回動させるようにしたねじりコイルばねを備えていることを特徴とする請求項９記載のロータリー四方弁。
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