JP4009091B2

JP4009091B2 - 四方切換弁

Info

Publication number: JP4009091B2
Application number: JP2001347100A
Authority: JP
Inventors: 英一笹田; 将司山下
Original assignee: Fujikoki Corp
Current assignee: Fujikoki Corp
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2001-11-13
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2021-11-13
Also published as: JP2003148835A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、四方切換弁に係り、特に、主弁に吐出圧力の逃し弁を副弁として備えた四方切換弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ルームエアコン等に用いられる空気調和機は、冷媒の流れる方向を切換えて、冷房運転又は暖房運転を季節に応じて行うことができ、この冷媒の流れ方向の切換えは切換弁によって行っている。
図７は、該切換弁を用いた空気調和機の冷暖房サイクルの一例を示したものである。該冷暖房サイクルは、圧縮機Ｃと、切換弁ＳＶと、熱交換器Ｅ１，Ｅ２と、電子リニア制御弁Ｔとが接続され、冷房運転時の冷媒は、実線矢印で示すように、圧縮機Ｃ、切換弁ＳＶ、室外熱交換器Ｅ１、電子リニア制御弁Ｔ、室内熱交換器Ｅ２の順に流れ、切換弁ＳＶを経て、再び圧縮機Ｃに戻って循環する。
暖房運転時の冷媒は、一点鎖線の矢印で示すように、圧縮機Ｃ、切換弁ＳＶ、室内熱交換器Ｅ２、電子リニア制御弁Ｔ、室外熱交換器Ｅ１の順に流れ、切換弁ＳＶを経て、再び圧縮機Ｃに戻って循環する。
【０００３】
前記切換弁の一例として、四方切換弁の技術が種々提案されている。
例えば、実用新案登録第２５２３０３１号公報記載の四方切換弁の技術は、弁本体内において吐出圧力導通孔及び導通孔、吸入圧力導通孔及び導通孔における相互間の冷媒流路の切換えを主弁の内側と外側とで行っている。
【０００４】
しかし、この技術においては、主弁の内側では低圧の吸入圧力が生じ、主弁の外側では高圧の吐出圧力が生じるので、主弁を挟んで圧力差が発生することから切換え動作が重くなる傾向があり、この点で、この四方切換弁は冷媒流路の切換え動作の容易性・敏捷性については特に考慮がなされていない。
また、特公平１−３２３８９号公報記載の四方切換弁の技術は、弁本体の圧力差をなくした後に、主弁による冷媒通路の切換え動作が行われるものであるが、弾性部材の伸縮によって主弁の回動を行っているので、冷媒流路の切換え動作の敏捷性、及び四方切換弁の信頼性については格段の配慮がなされていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本出願人は、上記問題を解決するために、先に特願２０００−３３０３７７号及び特願２００１−１４７２６５号として、冷媒流路の切換え動作の容易性及び敏捷性の向上を課題とした四方切換弁を提供している。
本発明は、更にこれを改良したもので、その課題とするところは、冷媒流路の切換えの容易性、敏捷性及び構成・動作の簡略性の一層の向上を図るとともに、切換弁の信頼性を一層向上させることができる四方切換弁を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成すべく本発明に係る電動弁は、下記の手段からなるものである。
請求項１記載の四方切換弁は、ステータ（２０）とロータ（４０）からなるモータ部（１０）と、ケース（３０）と該ケース（３０）内の弁室（７３）に配置された主弁（７０）と弁本体（５０）とを備えた四方切換弁（１００）において、
弁本体（５０）には、圧縮機（Ｃ）の吸入圧力側と吐出圧力側とにそれぞれ連通する吸入圧力導通孔（５４）と吐出圧力導通孔（５５）と、室内及び室外の各熱交換器にそれぞれ連通する二つの導通孔（５６，５７）とを備え、主弁（７０）は、前記吸入圧力導通孔（５４）と前記二つの導通孔（５６，５７）とを選択的に連通する連通部（７４）と、該連通部（７４）と前記弁室（７３）とを連通する均圧孔（７７）とを備えるとともに、主弁（７０）上には、ロータ（４０）の回転に連動する副弁（６０）を設けると共に、副弁（６０）には圧力の移動・停止を図る２つの均圧孔閉塞部（６３ａ，６３ｂ）を設け、
該副弁（６０）の回転により、均圧孔（７７）を２つの均圧孔閉塞部（６３ａ，６３ｂ）のいずれかにより均圧孔（７７）を閉塞すると共に、均圧孔（７７）が閉状態において、主弁（７０）を導通孔（５６，５７）切換えのために移動させることを特徴とする。
【０００７】
請求項２記載の四方切換弁は、請求項１記載の手段に加えて、副弁（６０）に、主弁（７０）側に設けられた主弁連動突杆（７２）を遊嵌する曲孔（６４）を形成し、ロータ（４０）の回転によって、副弁（６０）が所定角度以上の回動をしたとき、主弁（７０）を回動させることを特徴とする。
【０００８】
請求項３記載の四方切換弁は、請求項１叉は２記載の手段において、いずれかの均圧孔閉塞部（６３ａ，６３ｂ）が均圧孔（７７）を閉塞する位置において、モータ部（１０）が停止したとき、副弁（６０）が更に所定角度回転しても、主弁（７０）の弁本体当接部（７８）が二つの導通孔（５６，５７）の開口部のいずれにもかからない余裕の幅を持って形成されていることを特徴とする。
なお、上記構成部材には、実施例との対応関係を理解し易くするために図面符号を付したが、前記特許請求の範囲に記載の発明は、実施例のものに限定されるものではない。
また、請求項３記載の四方切換弁の構成要件の内、「余裕の幅」とは、主弁（７０）に対して副弁（６０）が、モータ特性や機械的振動により、所定の停止位置よりずれた場合でも、弁本体当接部（７８）が導通孔（５４，５７）の開口部にかからず、したがって、弁室（７３）と導通孔（５４，５７）とを連通させる（バイパスさせる）惧れがない幅という意味である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の四方切換弁１００の実施形態について説明する。図１は、本発明の実施例における四方切換弁の縦断面図、図２は、図１の四方切換弁の背面図、図３（Ａ）〜（Ｄ）は、同四方切換弁の動作を示す図１のＡ−Ａ断面図、図４は、図３の（Ａ）〜（Ｄ）に対応する作動を示す説明図である。
なお、以下の説明において、「上下左右」の意味は、図面の記載における上下左右であり、実際に使用状態においては、必ずしも上下左右になるとは限らない。
【００１０】
図示の実施例の四方切換弁１００は、ステッピングモータを備えたモータ部１０と、主弁７０を備えた弁本体５０とからなり、本実施例の四方切換弁１００は、主弁７０を、前記ステッピングモータへの通電に伴って弁本体５０上で回動させ、冷媒流路の切換えを行わせる。
モータ部１０は、ステータ２０とロータ４０とから構成され、ステータ２０は、上下に格納されたステータコイル２１及びヨーク２２を備え、ステ一タコイル２１には、リード線が束ねられたケーブル２３及びステータ２０の外周に設けられたコネクタ２４が接続されている。
【００１１】
弁本体５０には、ケース受部５２が螺合され、該ケース受部５２の上縁部には本体ケース５１が設けられると共に、該本体ケース５１に、キャンであるケース３０が気密状に連結固定される。また、弁本体５０上の弁室７３には、主弁７０と、該主弁７０上に配置される副弁６０とが配置され、弁本体５０下部には導管群（図外）が設けられる。
また、ケース３０にはモータ部１０が外嵌されるとともに、ロータ４０等が内嵌される。なお、ケース３０、本体ケース５１及びケース受部５２は、例えば、ステンレスを素材として形成される。
【００１２】
ロータ４０は支持軸４２に挿設され、その外周には磁石を具備している。また、ロータ４０下部には連結リング枠４１を介して副弁６０の駆動部４７が一体的に且つ支持軸４２に沿って配置される。駆動部４７の外周には一定高さにわたって駆動歯部が形成されている。
【００１３】
支持軸４２は、下部が弁本体５０に支持されており、上部は、ケース３０に支持されている支持枠３１に軸支されている。また、後述の主弁７０側と支持軸４２側のばね受４５との間に縮装された押しばね４６により、弾性的に上方に支持されている。
【００１４】
ケース３０の下部は、本体ケース５１が一体接合され、本体ケース５１は、ケース受部５２に嵌合・連結され、更に、下部は弁本体５０が内嵌・螺合され、ケース３０、本体ケース５１、ケース受部５２及び弁本体５０は一体に固定されている。
弁本体５０の上面は弁室７３の底部を構成しており、圧縮機の吸入圧力を導入する吸込圧力導通孔５４、吐出圧力を導入する吐出圧力導通孔５５、室内及び室外の熱交換器に連通される室外熱交換器用導通孔５６及び室内熱交換器用導通孔５７が設けられている。
【００１５】
導通孔について、図３，５を参照して更に詳しく説明すると、前記吸入圧力導通孔５４及び前記吐出圧力導通孔５５は、前記支持軸４２を中心としてその対称位置に設けられているとともに、室外熱交換器用導通孔５６及び室内熱交換器用導通孔５７は、前記支持軸４２を中心としてその対称位置で吸入圧力導通孔５４と吐出圧力導通孔５５とから所定角度位置を異にしてそれぞれ設けられている。
【００１６】
図示しない導管群は、吸入圧力導通孔５４に接続される吸入圧力導通管と、吐出圧力導通孔５５に接続される吐出圧力導通管と、室外熱交換器用導通孔５６に接続される室外熱交換器用導通管と、室内熱交換器用導通孔５７に接続される室内交換機用導通管の四本からなり、前記弁本体５０の下端側にそれぞれ接続固定される。
【００１７】
前記主弁７０は、前記ケース３０内の弁室７３に収容され、弁本体５０の上面で回転・摺動可能に載置されている。主弁７０は、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、平面視左右対称の蝶の羽根形で、一定高さを有し、その中心部の中央凹部には、支持軸孔が穿設され、更に、その下面には、１つの同芯状に形成された連通部７４が形成される。また、連通部７４の周部は、弁本体５０上面への当接部、即ち、弁本体当接部７８を形成する。
【００１８】
上記連通部７４は、図３（Ａ）及び図４（Ａ）の状態では、吸込圧力導通孔５４と室内熱交換器用の導通孔５７とを連通させている。また、この状態においては、吐出圧力導通孔５５と室外熱交換器用の導通孔５６とが弁室７３を介して連通している。
また、上記連通部７４は、図３（Ｄ）及び図４（Ｄ）の状態では、吸込圧力導通孔５４と室外熱交換器用の導通孔５６とを連通させている。また、この状態においては、吐出圧力導通孔５５と室内熱交換器用の導通孔５７とが弁室７３を介して連通している。
【００１９】
更に、主弁７０には、上記連通部７４と上方の弁室７３とを連通する均圧孔７７が穿設されている。均圧孔７７は、これを開としたとき、弁室７３から連通部７４への冷媒の流れにより、弁室７３と連通部７４との流体圧が近似することになり、主弁７０を回動させたときに、主弁７０の回動がスムースに成り、その結果、冷媒の切り換えが円滑、迅速、且つ、容易になる。
また、主弁７０の上面には、主弁連動突杆７２が立設されており、この主弁連動突杆７２は、後述の副弁６０に形成された曲孔６４に遊嵌されている。即ち、主弁連動突杆７２が曲孔６４内を遊動している間は、副弁６０は主弁７０に回転力を付与しないが、主弁連動突杆７２が曲孔６４の端部に当接し、更に、副弁６０が回転するときは、曲孔６４の回転、即ち、副弁６０の回転により、主弁連動突杆７２、即ち、主弁７０が共動して回転することになる。
【００２０】
前記主弁７０の上面には副弁６０が配置されている。副弁６０は、主弁７０を回転・駆動すると共に、主弁７０に形成されている均圧孔７７を開閉し、以って、主弁７０に形成されている連通部７４と本体ケース５１内の弁室７３との間を連通又は閉鎖して圧力の移動・遮断を図り、弁本体５０に対する主弁７０の押圧力を調整する（減少させる）作用を有するものである。
副弁６０は、平面視円形で一定厚みを有し、その外周部には受動歯部６２が形成される。また、その中央部には回転軸孔６１が穿設され、主弁７０の上面に立設された回転軸７１に軸支される。前記受動歯部６２の歯数と駆動部４７の歯数との比を適宜選択することで、受動歯部６２側のトルクを増幅させるように設定することができる。なお、副弁６０の少なくとも主弁７０との当接面には、回転抵抗を低減させるために、テフロン含有樹脂やテフロン含有の表面処理した金属などを用いことが好ましい。また、逆に、主弁７０上面に同様の材料を用いても良い。
【００２１】
副弁６０は、駆動部４７の回転により主弁７０上で回転し、所定角度以上の回転においては主弁７０を支持軸４２を中心に回転させる機能を有すると共に、均圧孔７７を開閉させる機能を有する。
そのために、副弁６０の周部には、一定範囲にわたって曲孔６４が形成されると共に、曲孔６４の左右端位置に、それぞれ均圧孔閉塞部６３ａ，６３ｂを設ける。この実施例では、均圧孔閉塞部６３ａ，６３ｂは、副弁６０に形成された孔に別部材として嵌合・固定されていることから、均圧孔閉塞部６３ａ，６３ｂの着脱・交換が可能となっている。
【００２２】
次に、本実施例の四方切換弁の作動について図３，４を用いて説明する。
モータ部１０において、ケーブル２３及びコネクタ２４を通じてステータコイル２１を通電励磁させることにより、ロータ４０の回転を介して、副弁６０が、駆動部４７を介してモータ部１０の単位パルス当りの回転角度に応じて主弁７０上を回動し、均圧孔７７を開閉すると共に、更なるロータ４０の回転により、主弁７０が副弁６０と共動して弁本体５０上を回動し、後述する冷媒流れの切換えが行われる。
【００２３】
次に、前記四方切換弁１００具体的な作動について説明する。
図３の（Ａ）〜（Ｄ）及び図４の（Ａ）〜（Ｄ）は、四方切換弁１００の動作を説明するための動作説明図である。
【００２４】
図３（Ａ），図４（Ａ）は、冷房運転時のセット状態を示しており、吸入圧力導通管（吸込圧力導通孔５４）と室内熱交換器用の導通管（導通孔５７）とが主弁７０の連通部７４を介して連通し、吐出圧力導通孔５５と室外熱交換器用の導通孔５６とが主弁７０の外側、すなわち弁室７３に連通している。
この状態では、弁室７３内の圧力と連通部７４内の圧力との間に大きな圧力差があり、主弁７０はこの圧力差によって弁本体５０に押え付けられていて容易には移動しない。この状態から冷媒流路の切換えを行う場合に、四方切換弁１００は、逃し弁である副弁６０を用いることで弁室７３と連通部７４の各圧力の均衡を図り、主弁７０を押え付ける力を除いた後に主弁７０の回動動作を行う。
【００２５】
まず、図３（Ａ），図４（Ａ）の状態において、ステッピングモータに対するパルス入力により、駆動部４７を介して、この歯車と噛み合う副弁６０が回転することで、副弁６０の一方の均圧孔閉塞部６３ａによって閉塞されていた主弁７０の均圧孔７７が解放され、弁室７３の冷媒が均圧孔７７を介して連通部７４内に導入されて弁室７３内の圧力と連通部７４内の圧力との均衡が図られる。
【００２６】
図３（Ｂ）、図４（Ｂ）の状態の如く、副弁６０が一定角度回転して、均圧孔７７の閉止が解かれ、開状態となると、弁室７３と連通部７４との圧力均衡が図られ、その後、曲孔６４が主弁連動突杆７２に当接（衝突）すると共に他方の均圧孔閉塞部６３ｂによって主弁７０の均圧孔７７が閉塞され（図３（Ｃ）、図４（Ｃ））、この状態で曲孔６４が主弁連動突杆７２を押して、主弁７０を時計の針の方向に一定の角度、即ち、図３（Ｄ）、図４（Ｄ）の状態の如くなるまで回動・摺動させる。
この動作により、主弁７０の連通部７４による吸込圧力導通孔５４と導通孔５７との連通が、吸込圧力導通孔５４と導通孔５６との連通に切換わり、同時に、弁室７３を介した吐出圧力導通孔５５と導通孔５６との連通が、吐出圧力導通孔５５と導通孔５７との連通に切換わる。
【００２７】
この動作により、暖房運転時のセット状態、すなわち、吸込圧力導通孔５４と室外熱交換器用の導通孔５６とが主弁７０の連通部７４を介して連通し、吐出圧力導通孔５５と室内熱交換器用の導通孔５７とが弁室７３を介して連通することになる。また、この間、他方の均圧孔閉塞部６３ｂによって均圧孔７７を閉塞した状態で主弁７０を回動させることで、弁室７３と連通部７４と間の圧力差に変動がないから、主弁７０の回動が円滑となる。
なお、図３（Ｄ）、図４（Ｄ）の状態から、図３（Ａ）、図４（Ａ）の状態とする場合は、モータ部１０を反対の方向に回動作動させればよい。
【００２８】
以上のように、本発明の四方切換弁１００は、モータ部１０への入力パルスによって、副弁６０を主弁７０上で回動した後、主弁７０が弁本体５０上を充分なトルクで回動し、且つ、弁室７３と連通部７４との圧力の均衡を図った後に冷媒の流れの切換えを行うから、簡単な構成・動作で、冷媒の流路の切換え動作を容易、かつ、迅速に行うことができ、さらに、四方切換弁１００の信頼性の向上を図ることができる。
【００２９】
また、副弁６０・主弁７０共に、簡単な構成で機能させることができるから、可動部品点数を減らして四方切換弁１００の製品コストの低減を図ることができる。
【００３０】
図５の（Ａ）〜（Ｄ）は同四方切換弁の別例の動作を示すもので、図６（Ａ）〜（Ｄ）は、図５の（Ａ）〜（Ｄ）に対応する作動を示す説明図である。また、図５，６に付した符号で、図３，４と同一符号を付した部材は、同一構成を有するものとする。この別例の特徴は、主弁７０の弁本体５０に当接する弁本体当接部７８を、図５（Ａ）、図６（Ａ）に示す状態において、吸込圧力導通孔５４の開口部の縁部、及び、導通孔５７の縁部から余裕の幅Ｙをもって配置させた点にある。
【００３１】
上記構成により、図５（Ａ）、図６（Ａ）において、均圧孔閉塞部６３ａが均圧孔７７を閉塞する位置において、モータ部への通電を停止したとき、副弁６０がモータ特性等により、更に所定角度回転しても（図５（Ｂ）、図６（Ｂ））、主弁７０の弁本体当接部７８が二つの導通孔５４，５７の開口部のいずれにもかからないよう、余裕の幅Ｙをもって形成されている。
また、上記構成により、図５（Ｃ）、図６（Ｃ）において、均圧孔閉塞部６３ｂが均圧孔７７を閉塞する位置において、モータ部１０への通電を停止した状態のとき、副弁６０が更に所定角度回転しても（図５（Ｄ）、図６（Ｄ））、主弁７０の弁本体当接部７８が二つの導通孔５４，５６の開口部のいずれにもかからない。したがって、本発明の四方切換弁１００は、種々のモータ特性をもった製品に対応させることができる。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、また、空気調和機に限らず、流路の切換えを行うすべての機器に利用できるものである。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、このように構成された本発明の四方切換弁は、使用に当ってその切り換えが迅速にでき、構成が簡単で、耐久性もよく、故障が少なく、部品交換が容易で汎用性にも優れているという効果がある。
また、曲孔を主弁側に設けた主弁連動突杆に遊嵌させ、曲孔側壁が主弁連動突杆に当接する状態において主弁を回動させることで、簡単な構成ながら、確実な回動力の伝達が可能となる。また、副弁に均圧孔閉塞部を２つ設けたことで、モータ部の動作を簡略化した。更に、連通部の導通孔開口部に対する形状に余裕を持たせたことで、汎用性の向上を図ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における四方切換弁の縦断面図。
【図２】図１の四方切換弁の背面図。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は同四方切換弁の動作を示す図１のＡ−Ａ断面図。
【図４】図３の（Ａ）〜（Ｄ）に対応する作動を示す説明図。
【図５】（Ａ）〜（Ｄ）は同四方切換弁の別例の動作を示す図３に対応する断面図。
【図６】図５の（Ａ）〜（Ｄ）に対応する作動を示す説明図。
【図７】冷暖房運転時のサイクル構成図。
【符号の説明】
Ｃ・・・圧縮機ＳＶ・・・切換弁Ｔ・・・電子リニア制御弁
Ｅ１，Ｅ２・・熱交換器Ｙ・・・余裕の幅
１０・・モータ部
２０・・ステータ２１・・ステータコイル２２・・ヨーク
２３・・ケーブル２４・・コネクタ
３０・・ケース（キャン）３１・・支持枠
４０・・ロータ４１・・連結リング枠４２・・支持軸
４５・・ばね受４６・・押しばね（弾性部材）
４７・・駆動部４８・・ステータ保持杆４９・・取付ボルト
５０・・弁本体５１・・本体ケース５２・・ケース受部
５３・・取付ねじ部５４・・吸込圧力導通孔
５５・・吐出圧力導通孔５６・・（室外熱交換器用の）導通孔
５７・・（室内熱交換器用の）導通孔５８・・主弁ストッパ
６０・・副弁６１・・回転軸孔６２・・受動歯部
６３ａ，６３ｂ・・均圧孔閉塞部６４・・曲孔
７０・・主弁７１・・回転軸７２・・主弁連動突杆
７３・・弁室７４・・連通部７７・・均圧孔
７８・・弁本体当接部１００・・四方切換弁

Claims

ステータとロータからなるモータ部と、ケースと該ケース内の弁室に配置された主弁と弁本体と、を備えた四方切換弁において、弁本体には、圧縮機の吸入圧力側と吐出圧力側とにそれぞれ連通する吸入圧力導通孔と吐出圧力導通孔と、室内及び室外の各熱交換器にそれぞれ連通する二つの導通孔とを備え、主弁は、前記吸入圧力導通孔と前記二つの導通孔とを選択的に連通する連通部と、該連通部と前記弁室とを連通する均圧孔とを備えるとともに、主弁上には、ロータの回転に連動する副弁を設けると共に、副弁には圧力の移動・停止を図る２つの均圧孔閉塞部を設け、該副弁の回転により、均圧孔を２つの均圧孔閉塞部のいずれかにより均圧孔を閉塞すると共に均圧孔が閉状態において、主弁を導通孔切換えのために移動させることを特徴とする四方切換弁。
副弁に、主弁側に設けられた主弁連動突杆を遊嵌する曲孔を形成し、ロータの回転によって、副弁が所定角度以上の回動をしたとき、主弁を回動させることを特徴とする請求項１記載の四方切換弁。
いずれかの均圧孔閉塞部が均圧孔を閉塞する位置において、モータ部への通電を停止したとき、副弁が更に所定角度回転しても、主弁の弁本体当接部が二つの導通孔の開口部のいずれにもかからない余裕の幅を持って形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の四方切換弁。