JP5715754B2 - 四方切換弁 - Google Patents
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Description
本発明は、冷凍機器、空調機器等の可逆冷凍サイクルを利用した機器等に用いられる四方切換弁に関する。
従来、冷凍サイクルシステムの冷媒通路に四方切換弁を配置して冷媒通路を切り換え、室内の冷房と暖房とを切り換えることが行なわれている。このような四方切換弁として、特許文献１には、図５に示すような四方切換弁が提案されている。
この四方切換弁２１は、密閉中空のシリンダ状の弁本体２２を有し、弁本体２２には、圧縮機２３の吐出管に連結され、高圧の冷媒が流入する高圧管２４と、圧縮機２３の吸入管に連結され、低圧の冷媒が流出する低圧管２５と、低圧管２５を挟んで両側に配置され、熱交換機２６、２７に連結された一対の導管２８、２９とが接続される。
また、弁本体２２内には、密閉空間内を往復移動するピストン３１、３２が収容され、これらの間に椀状の弁体３３が配置される。ピストン３１、３２は、それらの内側に位置する第１室（高圧室）３５と、外側に位置する第２室（低圧室）３６との差圧に応じて動作し、それに伴って弁体３３が弁座３７上を摺動する。尚、高圧室３５及び低圧室３６間の差圧は、パイロット弁３８によって制御される。
そして、図示のように、弁体３３を左端に摺動させた場合には、弁体３３の外側で高圧管２４と右側の導管２９を連通させつつ、弁体３３の内側で低圧管２５と左側の導管２８を連通させることができる。逆に、弁体３３を右端に摺動させた場合には、高圧管２４を左側の導管２８と、低圧管２５を右側の導管２９と連通させることができ、弁体３３の位置を切り換えることで、冷媒通路を変更することができる。
従来、弁体３３の製造にあたっては、弁体３３と弁座３７の間で洩れる冷媒量（以下、「弁洩れ量」という）を低減するため、JIS B0601で規定されるＲｚ（最大高さ粗さ）により弁体３３の摺動面（裏面）の面粗さを管理していた。
この場合、Ｒｚが低いほど面粗さが小さく、弁洩れ量が少なくなるため、Ｒｚが所定値以下となるように摺動面を加工することになるが、摺動面のＲｚを低くし過ぎると、弁体３３が弁座３７に吸着し、弁体３３を摺動させる際に異音が発生するという問題があった。
また、JIS B0601で規定されるＲａ（算術平均粗さ）によっても、弁体３３の摺動面の粗さを評価することが可能であるが、この場合、図６に示すように、弁洩れ量に関しては、Ｒａが低いほど少なくなるものの、異音に関しては、Ｒａが同等値でも大きさや発生頻度にばらつきが生じる（図中のＡ部、Ｂ部を参照）。ここで、図６は、摺動面のＲａが異なる複数の弁体３３を用い、弁体３３の異音振動、及び弁体３３と弁座３７の間の弁洩れ量を測定したものである。
このように、摺動面のＲａは異音状態（異音振動）の大小と相関がないため、弁体３３の製造時において、摺動面のＲａから運転時の異音状態を予測することができず、弁洩れ量の低減と異音の抑制を両立させた四方切換弁を量産することが困難であった。
そこで、本発明は、上記従来の四方切換弁における問題点に鑑みてなされたものであって、弁洩れ量を低減すると同時に弁体の摺動時の異音を抑制することが可能な四方切換弁を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明は、密閉空間を有する弁本体と、該弁本体に連結された第１導管と、前記弁本体に連結され、前記第１導管と対向して配置された第２導管と、前記弁本体に連結され、前記第２導管を挟んで両側に配置された第３及び第４導管と、前記第２乃至第４導管に連通する開口部が設けられた弁座と、該弁座上を摺動する弁体とを備え、該弁体を摺動させることにより、前記第１乃至第４導管の連通状態が切り換えられる四方切換弁であって、前記弁体の摺動面のＲｋ（コア部のレベル差）が０．５以上５．２以下であることを特徴とする。
そして、本発明によれば、弁体の摺動面の管理にＲｋを用いるとともに、その範囲を０．５以上５．２以下とするため、弁洩れ量を低減し、かつ、弁体の摺動時の異音を抑制することが可能になる。
上記四方切換弁において、前記弁体の摺動面のＲｋを１．０以上４．０以下とすることができ、これによれば、弁洩れ量及び異音の双方をより少なく抑えることが可能になる。
また、該四方切換弁を、冷凍サイクルシステムの冷媒通路を切り換えるために用い、前記第１導管に圧縮機の吐出管を接続し、前記第２導管に該圧縮機の吸入管を接続することができる。
以上のように、本発明によれば、弁洩れ量を低減すると同時に弁体の摺動時の異音を抑制することが可能になる。
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、本実施の形態にかかる四方切換弁は、弁体を除き、従来の四方切換弁２１と同様の構成を有するため、以下においては、弁体を中心に説明する。
図１は、本発明にかかる四方切換弁が備える弁体の一実施の形態を示し、弁体１は、内側に冷媒の流通空間２を形成する膨出部３と、膨出部３を囲繞するように形成され、弁座３７（図５参照）上を摺動する環状の鍔部４とで構成される。膨出部３及び鍔部４は、一体に構成され、金属、合成樹脂、又は金属と樹脂皮膜層を組み合わせたものなどで形成される。
本実施の形態では、弁体１の摺動面（裏面４ａ）の表面性状をJIS B0671-2で規定されるＲｋ（コア部のレベル差）を用いて評価し、これによって、弁体１の製造段階で運転時の異音状態を予測し得るようにする。
弁体１の摺動時に異音が発生する要因は、冷媒に含まれるオイルが摺動面４ａの平面部に付着し、それが弁体１及び弁座３７の吸着を招くことにあると考えられ、摺動面４ａ上での平面部の占有比が高くなるほど、異音が発生し易くなると推測される。従来、摺動面４ａの管理に使用していたＲｚ（最大高さ粗さ）では、山高さの最大値と谷深さの最大値との和を取るため、平面部が評価の対象とならず、また、Ｒａ（算術平均粗さ）では、図２（ａ）に示す“少数の高い山と深い谷が存在し、平面部が多い面形状Ａ”と、図２（ｂ）に示す“多数の低い山や浅い谷が存在し、平面部が少ない面形状Ｂ”とで、数値上の差異が生じ難く、両者を判別することが困難であった。
これに対し、Ｒｋ（コア部のレベル差）では、Ｒｐｋ（突出山部高さ）及びＲｖｋ（突出谷部深さ）を取り除いた中央部（コア部）の上側レベルと下側レベルの差を評価するため、面形状Ａ（図２（ａ））と面形状Ｂ（図２（ｂ））で数値上の差異が生じ易い。その結果、図３のＡ部、Ｂ部に示すように、摺動面４ａの評価値が異音状態（異音振動）の大小と相関するようになり、Ｒｋを指標として摺動面４ａを加工することで、異音の少ない弁体１を量産することが可能となった。
ここで、弁体１の摺動面４ａのＲｋは、０．５以上５．２以下とし、好ましくは、１．０以上４．０以下とする。Ｒｋを０．５以上とした場合には、異音の発生を抑制したり、異音の大きさを小さくすることができ、一方、Ｒｋを５．２以下とした場合には、弁洩れ量を少なく抑えることができる。
次に、本発明にかかる四方切換弁の作用効果について試験例を挙げて説明する。摺動面４ａのＲｋが異なる複数の弁体１を順にセットして四方切換弁を運転し、弁体１の異音振動、及び弁体１と弁座３７の間の弁洩れ量を測定した。測定結果を図４に示す。
図４に示されるように、摺動面４ａのＲｋが０．５以上である場合には、異音振動を０．２５Ｇ未満に抑えることができ、また、１．０以上である場合には、異音振動をさらに低減することができている。一方、振動面４ａのＲｋが５．２以下である場合には、弁洩れ量を１０００ｃｍ3／ｍｉｎ以内に抑えることができ、Ｒｋが４．０以下である場合には、弁洩れ量をさらに低減することができている。従って、Ｒｋを摺動面４ａの管理値として用い、上記の範囲内に収まるように弁体１を作成すれば、弁洩れ量の低減と異音の抑制を両立させた四方切換弁を量産することが可能になる。
１ 弁体
２ 冷媒の流通空間
３ 膨出部
４ 鍔部
４ａ 弁体の裏面（摺動面）
２ 冷媒の流通空間
３ 膨出部
４ 鍔部
４ａ 弁体の裏面（摺動面）
Claims (3)
- 密閉空間を有する弁本体と、該弁本体に連結された第１導管と、前記弁本体に連結され、前記第１導管と対向して配置された第２導管と、前記弁本体に連結され、前記第２導管を挟んで両側に配置された第３及び第４導管と、前記第２乃至第４導管に連通する開口部が設けられた弁座と、該弁座上を摺動する弁体とを備え、該弁体を摺動させることにより、前記第１乃至第４導管の連通状態が切り換えられる四方切換弁であって、
前記弁体の摺動面のＲｋ（コア部のレベル差）が０．５以上５．２以下であることを特徴とする四方切換弁。 - 前記弁体の摺動面のＲｋが１．０以上４．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の四方切換弁。
- 該四方切換弁は、冷凍サイクルシステムの冷媒通路を切り換えるために用いられ、前記第１導管に圧縮機の吐出管が接続され、前記第２導管に該圧縮機の吸入管が接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の四方切換弁。
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