JP6332945B2 - 流路切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、流路切換弁に係り、例えば流体の流れ方向(流路）を切り換える三方切換弁等の流路切換弁に関する。

従来から、流体の流れ方向(流路）を切り換える流路切換弁として、特許文献１に開示されるようなボール状弁体を用いたボールバルブが知られている。

特許文献１に開示されているボールバルブは、流路を有する弁体と、該弁体が回転可能に収納される弁室を有する弁ケースと、該弁ケースに形成された流入口及び少なくとも１つの流出口とからなり、前記弁体の回転により、前記流入口と前記流出口とを前記流路によって連通させると共に、弁ケースに装着したパッキンにより弁ケースと弁体との間をシールさせるものである。

特開２００５−３０８１６５号公報

ところで、当該分野においては、上記した流路切換弁の更なる小型化、大容量化、省電力化が要請されており、例えば弁体の駆動トルクを低減して小型化等を実現するために、流路切換時に弁体に作用する荷重を可及的に小さくすることが望まれている。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、流路切換時に弁体に作用する荷重を可及的に小さくし、弁体の駆動トルクを低減して、更なる小型化、大容量化、省電力化等を図ることのできる新規な構造の流路切換弁を提供することにある。

上記する課題を解決するために、本発明に係る流路切換弁は、内部流路を有し両端が開口した筒状の弁体と、弁室が画成され底部を有する弁本体と、前記弁室内で前記弁体をその軸心に沿って前記底部の方向に駆動する駆動部と、前記駆動部による駆動方向とは逆方向に前記弁体を付勢するばねとを備えた流路切換弁であって、前記弁体は、その外周面が前記弁本体に支持されて前記弁室内に摺動自在に収容され、前記弁体の中央側部には、前記内部流路に開口する連通口が形成され、前記弁本体には、前記弁室内で前記弁体が移動する際に前記弁体の前記連通口を介して前記内部流路と連通する流入口と、前記弁体の一端側開口及び他端側開口を介して前記内部流路と連通する第１流出口及び第２流出口とが形成され、前記ばねは、前記弁本体の底部と前記弁体の内周面に設けられた段部との間に設けられていることを特徴としている。

好ましい形態では、前記弁体の内部には、前記駆動部による駆動力を前記弁体に伝達する内部壁が設けられていることを特徴としている。

更に好ましい形態では、前記連通口は、前記内部壁よりも一端側の第１内部流路と他端側の第２内部流路との双方に開口するように形成されている、あるいは、前記連通口は複数形成され、各連通口が前記内部壁よりも一端側の第１内部流路と他端側の第２内部流路とにそれぞれ開口していることを特徴としている。

更なる好ましい形態では、前記内部壁には、該内部壁よりも一端側の第１内部流路と他端側の第２内部流路とを連通する連通路が形成されていることを特徴としている。

別の好ましい形態では、前記弁室を画成する壁面に設けられた傾斜面によって、前記弁体の一端もしくは他端と接離する弁座が形成されていることを特徴としている。

別の好ましい形態では、前記弁本体の内周面に形成された環状溝に、前記弁体の外周面と前記弁本体の内周面との間をシールするシール部材が配設されている、あるいは、前記弁体の外周面に形成された環状溝に、前記弁体の外周面と前記弁本体の内周面との間をシールするシール部材が配設されていることを特徴としている。

更に好ましい形態では、前記シール部材は、前記弁体の前記連通口と前記一端側開口との間及び前記連通口と前記他端側開口との間に配設されていることを特徴としている。

別の好ましい形態では、前記弁体の内部には、前記弁体の一端側又は他端側に向かって内径が大きくなる段部が設けられていることを特徴としている。

別の好ましい形態では、前記弁本体の内径は、前記流入口、前記第１流出口、又は前記第２流出口が形成された部分で大きくなり、前記弁体の外径は、前記連通口、前記一端側開口、又は前記他端側開口が形成された部分で小さくなることを特徴としている。

別の好ましい形態では、前記駆動部は、遊星歯車式減速機構を備えていることを特徴としている。

本発明の流路切換弁によれば、筒状の弁体の側部に、その内部流路に開口する連通口が形成されると共に、弁本体には、弁室内で弁体が移動する際に弁体の連通口を介して内部流路と連通する流入口と、弁体の一端側開口及び他端側開口を介して内部流路と連通する第１流出口及び第２流出口とが形成されていることにより、弁体の移動による流路切換時に弁体の移動方向（軸心方向）に作用する力をバランス（差圧をキャンセル）させ、流路切換時に弁体に作用する荷重を可及的に小さくでき、もって、弁体の駆動トルクを低減して、更なる小型化、大容量化、省電力化等を図ることができる。

本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の全体構成を示す縦断面図。 図１に示す流路切換弁において、流体が流入口から第１流出口に流される状態を説明する縦断面図。 図１に示す流路切換弁において、流体が流入口から第２流出口に流される状態を説明する縦断面図。 図１に示す流路切換弁の弁体を一部（周方向で９０度の範囲）を切り欠いて示す斜視図であって、（ａ）は斜め上方から視た斜視図、（ｂ）は斜め下方から視た斜視図。 本発明に係る流路切換弁の第２実施形態の全体構成を示す縦断面図。 図５に示す流路切換弁において、流体が流入口から第１流出口に流される状態を説明する縦断面図。 図５に示す流路切換弁において、流体が流入口から第２流出口に流される状態を説明する縦断面図。 本発明に係る流路切換弁の第３実施形態の全体構成を示す縦断面図。 本発明に係る流路切換弁の第４実施形態の全体構成を示す縦断面図。 図９に示す流路切換弁の弁体を一部（周方向で９０度の範囲）を切り欠いて示す斜視図であって、（ａ）は斜め上方から視た斜視図、（ｂ）は斜め下方から視た斜視図。

以下、本発明に係る流路切換弁の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下では、主にアクチュエータとしてステッピングモータを用いた流路切換弁を採用した形態について説明するが、例えばアクチュエータとしてソレノイド等を用いた流路切換弁を採用してもよいことは勿論である。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る流路切換弁の第１実施形態の全体構成を示す縦断面図、図２は、その流路切換弁において、流体が流入口から第１流出口に流される状態を説明する縦断面図、図３は、流体が流入口から第２流出口に流される状態を説明する縦断面図である。

図示する流路切換弁１は、主として、有底かつ略筒状の弁本体５と、弁本体５に固着されたキャン５８と、弁本体５及びキャン５８によって画成された内部空間で弁本体５に固定配置された略筒状の雌ねじ１５ｉ付き軸受部材１５と、軸受部材１５と弁本体５とによって画成された弁室７内で前記弁本体５により支持されて摺動自在に収容された弁体２０と、弁体２０を軸心Ｌ方向に昇降させるべく弁本体５の上方に取り付けられたステッピングモータ（駆動部）５０と、を備えている。

弁本体５は、その内部に弁室７が画成されると共に、その側部に弁室７に開口する第１流出口１１ａ及び第２流出口１２ａが軸心Ｌ方向で離間して形成され、第１流出口１１ａと第２流出口１２ａとの間に流入口１３ａが形成されている。より詳細には、前記第１流出口１１ａは弁室７の上端側に開口するように形成され、前記第２流出口１２ａは弁室７の下端側に開口するように形成され、前記流入口１３ａは弁室７の略中央に開口するように形成されている。ここで、第１流出口１１ａ及び第２流出口１２ａと流入口１３ａとは、平面視で視た際に軸心Ｌ周り（周方向）で反対側（１８０度間隔）に形成されている。なお、第１流出口１１ａ、第２流出口１２ａ、及び流入口１３ａの軸心Ｌ方向での位置や周方向での位置は、例えば流路切換弁１の大きさや適用箇所等に応じて適宜に変更できる。

また、弁本体５は、流入口１３ａ、第１流出口１１ａ、及び第２流出口１２ａが形成された部分で内径が大きくなるように形成される。言い換えれば、弁本体５の内径は、流入口１３ａと第１流出口１１ａとの間及び流入口１３ａと第２流出口１２ａとの間の部分で縮径しており、その流入口１３ａと第１流出口１１ａとの間及び流入口１３ａと第２流出口１２ａとの間の内周面に環状溝２ａ、３ａが形成され、該環状溝２ａ、３ａに弁体２０の外周面と弁本体５の内周面との間をシールするＯリング等のシール部材２、３が装着されている。また、弁本体５の底部の内周面（弁室７を画成する壁面）には、底面と傾斜面からなる側面とを有する凹部６が形成され、凹部６の側面を構成する傾斜面によって、後述する弁体２０の下端（他端）２２と接離する弁座６ａが形成されている。なお、第１流出口１１ａと流入口１３ａとの間の部分や第２流出口１２ａと流入口１３ａとの間の部分（すなわち、弁本体５の内径が縮径する部分）での内周面の上端及び下端は、第１流出口１１ａ、第２流出口１２ａ、及び流入口１３ａが形成された部分（すなわち、弁本体５の内径が大きい部分）に向かって拡径するようにＲ付けされている。

そして、弁本体５の側部に形成された第１流出口１１ａ、第２流出口１２ａ、及び流入口１３ａにそれぞれ、横向きの導管継手１１、１２、１３が取り付けられている。

弁本体５は上方に向かって段付きで縮径しており、弁本体５の段付きの上方開口部には、天井部を有する円筒状のキャン５８の下端部が溶接等によって接合されている。また、弁本体５の上方開口部の内側には、内周面に雌ねじ１５ｉが螺設された筒状の雌ねじ１５ｉ付き軸受部材１５が圧入等により固定されている。軸受部材１５の内周面のうち雌ねじ１５ｉが螺設された部分よりも上方部分は、後述する減速機構４０の出力軸４６の下部が嵌挿される嵌挿穴１５ａとされ、軸受部材１５の内周面のうち雌ねじ１５ｉが螺設された部分よりも下方には、ねじ部への異物の流入及び流体影響を抑制するための環状溝１５ｂが形成されている。また、軸受部材１５の下面（弁室７を画成する壁面）には、底面と傾斜面からなる側面とを有する凹部１９が形成され、凹部１９の側面を構成する傾斜面によって、後述する弁体２０の上端（一端）２１と接離する弁座１９ａが形成されている。更に、軸受部材１５には、その下方の弁室７とキャン５８の内部とを連通するべく逆Ｌ字状の連通孔１４が形成されている。

また、弁体２０は、内部流路Ｓを有する略円筒状を呈し、弁本体５と軸受部材１５とによって画成された弁室７に摺動自在に嵌挿される。ここで、弁体２０の上端２１が、弁室７内で当該弁体２０が移動する際に軸受部材１５の凹部１９に設けられた弁座１９ａと接離する第１弁体部とされ、弁体２０の下端２２が、弁本体５の凹部６に設けられた弁座６ａと接離する第２弁体部とされている。

弁体２０の側部には、その内部流路Ｓに開口する２つの連通口２０ｃ、２０ｄが形成されている。この２つの連通口２０ｃ、２０ｄは、平面視で視た際に軸心Ｌ周りで反対側（１８０度間隔）に形成されると共に、各連通口２０ｃ、２０ｄは、軸心Ｌ方向で弁体２０の略中央部に形成され、かつ側面視で視た際には略矩形状を呈している（図４参照）。したがって、弁体２０は、側面視で視た際に略中央部の左右が切り欠かれた形状を呈している。ここで、各連通口２０ｃ、２０ｄの位置や大きさ、形状等は、弁室７内で弁体２０が移動した際に弁本体５の流入口１３ａと弁体２０の内部流路Ｓとが常時連通するように設計されている。

また、弁体２０の内部には、ステッピングモータ５０による駆動力を弁体２０に伝達するべく、軸心Ｌに対して略垂直方向に延びる内部壁２３が設けられている。この内部壁２３は、弁体２０の略中央部、すなわち連通口２０ｃ、２０ｄが形成された部分に該弁体２０に一体に形成されており、したがって平面視で視た際に略小判状（円を平行な２直線で切断した形状）を呈している（図４参照）。弁体２０の内部流路Ｓは、内部壁２３によって、内部壁２３よりも上端側の第１内部流路Ｓ１と下端側の第２内部流路Ｓ２とに分割され、各連通口２０ｃ、２０ｄは、内部壁２３よりも上端側の第１内部流路Ｓ１と下端側の第２内部流路Ｓ２との双方に開口するように形成されることとなる。なお、内部壁２３の中央部には、後述するボール受座１６が嵌装される段付きの嵌装穴２３ａが形成されている。

したがって、弁体２０を弁本体５の弁室７に嵌挿すると、弁本体５の流入口１３ａと弁体２０の第１内部流路Ｓ１及び第２内部流路Ｓ２とが、連通口２０ｃ、２０ｄの一方もしくは双方（図１〜図３中、連通口２０ｃ）を介して常時連通するようになっている（図２及び図３参照）。なお、弁体２０の側部に形成される連通口の数や位置、大きさ、形状等は、例えば弁本体５の流入口１３ａの位置や大きさ、形状等に応じて適宜に変更でき、弁体２０の内部に形成される内部壁の位置や大きさ、形状等も適宜に変更できる。

弁体２０の内部には、弁体２０の上端側及び下端側に向かって内径が大きくなるような段部２４、２６が設けられ、上端側に向かって内径が大きくなる部分が上端側開口２０ａとされ、下端側に向かって内径が大きくなる部分が下端側開口２０ｂとされている。各段部２４、２６はそれぞれ、弁体２０の内部壁２３よりも上端側の内周面及び下端側の内周面に設けられ、下端側の内周面に設けられた段部２６によって、弁体２０を上方に付勢する縮装ばね２５の上端部を受けるばね受けが形成される。すなわち、圧縮コイルばねからなる縮装ばね２５が、その上端部が弁体２０の内周面に設けられた段部２６と当接し、その下端部が弁本体５の凹部６の底面と当接するように、弁体２０の段部２６と弁本体５の凹部６の底面との間に収縮状態で収納されている。

なお、弁体２０の外径は、上端側開口２０ａ、下端側開口２０ｂ、及び連通口２０ｃ、２０ｄが形成された部分、言い換えれば弁本体５の流入口１３ａ、第１流出口１１ａ、及び第２流出口１２ａが形成された部分の近傍で僅かに小さくなるように形成されている。

一方、ステッピングモータ５０は、ヨーク５１、ボビン５２、コイル５３、樹脂モールドカバー５４等からなるステータ５５と、キャン５８の内部に該キャン５８に対して回転自在に配置され、ロータ支持部材５６がその上部内側に固着されたロータ５７と、を有している。ステータ５５は、キャン５８に外嵌固定されている。また、ロータ５７の内周側には、ロータ支持部材５６に一体に形成された太陽歯車４１、軸受部材１５の上部に固着された筒状体４３の上端に固定された固定リング歯車４７、太陽歯車４１と固定リング歯車４７との間に配置されてそれぞれに歯合する遊星歯車４２、遊星歯車４２を回転自在に支持するキャリア４４、遊星歯車４２に外側から歯合する有底リング状の出力歯車４５、出力歯車４５の底部に形成された孔にその上部が圧入等によって固着された出力軸４６等からなる不思議遊星歯車式減速機構４０が設けられている。ここで、固定リング歯車４７の歯数は、出力歯車４５の歯数とは僅かに異なるように設定されている。

出力軸４６の上部の中心部には孔が形成され、該孔には太陽歯車４１（ロータ支持部材５６）とキャリア４４の中心部を挿通した支持軸４９の下部が挿通されている。この支持軸４９の上部は、キャン５８の内径と略同一の外径を有し、ロータ支持部材５６の上側でキャン５８に内接して配置される支持部材４８の中心部に形成された孔に挿通されている。ロータ５７自体は、支持部材４８等によってキャン５８の内部で上下動しないようになっており、キャン５８に外嵌固定されたステータ５５との位置関係が常に一定に維持されている。

減速機構４０の出力軸４６の下部は、筒状の雌ねじ１５ｉ付き軸受部材１５の上部に形成された嵌挿穴１５ａに回転自在に嵌挿され、出力軸４６の下部には、その中心を通るように横方向に延びるスリット状の嵌合部４６ａが形成されている。雌ねじ１５ｉ付き軸受部材１５の内周面に螺設された雌ねじ１５ｉと螺合する雄ねじ１７ａが螺設された回転昇降軸１７の上端には板状部１７ｃが突設され、板状部１７ｃがスリット状の嵌合部４６ａに摺動自在に嵌合されている。出力軸４６がロータ５７の回転に応じて回転すると、出力軸４６の回転が回転昇降軸１７に伝達され、軸受部材１５の雌ねじ１５ｉと回転昇降軸１７の雄ねじ１７ａのねじ送りによって回転昇降軸１７が回転しながら昇降する。

回転昇降軸１７の下端は、弁室７を通って弁体２０内の内部壁２３付近まで延設され、回転昇降軸１７の下方への推力が、例えば回転昇降軸１７に設けられたボール１８及び内部壁２３の嵌装穴２３ａに装着されたボール受座１６を介して前記弁体２０の内部壁２３に伝達される。なお、回転昇降軸１７と内部壁２３との間にボール１８を介在させることにより、例えば回転昇降軸１７が回転しながら下降しても、回転昇降軸１７から内部壁２３へ下方への推力のみが伝達され、回転力は伝達されない。

上記したように、弁体２０の段部２６と弁本体５の凹部６の底面との間には縮装ばね２５が縮装されており、該縮装ばね２５の付勢力（押し上げ力）によりボール１８及びボール受座１６を介して弁体２０の内部壁２３が回転昇降軸１７に押し付けられ、モータ５０のロータ５７を回転駆動させると、回転昇降軸１７と弁体２０とが一体となって軸心Ｌ方向へ昇降する。

したがって、モータ５０のロータ５７を一方向に回転駆動させると、減速機構４０の出力軸４６を介してロータ５７の回転が回転昇降軸１７に減速されて伝達され、雌ねじ付き軸受部材１５の雌ねじ１５ｉと回転昇降軸１７の雄ねじ１７ａによるねじ送りによって回転昇降軸１７が回転しながら例えば下降され、回転昇降軸１７の推力により弁体２０が縮装ばね２５の付勢力に抗して押し下げられ、最終的には弁体２０の下端２２からなる第２弁体部が弁本体５の凹部６に設けられた弁座６ａに着座して下端側開口２０ｂが閉じられる。これにより、流体（冷媒）が流入口１３ａに接続された導管継手１３から弁体２０の連通口２０ｃ及び上端側開口２０ａを介して第１流出口１１ａに接続された導管継手１１へ流れる（図２参照）。

それに対し、モータ５０のロータ５７を他方向に回転駆動させると、減速機構４０の出力軸４６を介してロータ５７の回転が回転昇降軸１７に減速されて伝達され、前記雌ねじ１５ｉと雄ねじ１７ａによるねじ送りによって回転昇降軸１７が回転しながら例えば上昇され、それに伴い弁体２０が縮装ばね２５の付勢力によって引き上げられ、弁体２０の下端２２からなる第２弁体部が弁本体５の凹部６に設けられた弁座６ａから離間して下端側開口２０ｂが開かれるとともに、最終的には弁体２０の上端２１からなる第１弁体部が軸受部材１５の凹部１９に設けられた弁座１９ａに着座して上端側開口２０ａが閉じられる。これにより、流体（冷媒）が流入口１３ａに接続された導管継手１３から弁体２０の連通口２０ｃ及び下端側開口２０ｂを介して第２流出口１２ａに接続された導管継手１２へ流れる（図３参照）。

本第１実施形態においては、弁体２０の下端２２もしくは上端２１が弁本体５の凹部６に設けられた弁座６ａもしくは軸受部材１５の凹部１９に設けられた弁座１９ａに着座して下端側開口２０ｂもしくは上端側開口２０ａが閉じられる状態であっても、弁体２０内の上端側の第１内部流路Ｓ１と下端側の第２内部流路Ｓ２とが連通口２０ｃ、２０ｄを介して連通している。そのため、流入口１３ａに接続された導管継手１３から流入する流体（冷媒）が、連通口２０ｃ、２０ｄを介して弁体２０内の第１内部流路Ｓ１及び第２内部流路Ｓ２の双方、すなわち筒状の弁体２０内全体に流入する。したがって、筒状の弁体２０の軸心Ｌ方向への移動による流路切換時に弁体２０の移動方向（軸心Ｌ方向）に作用する力（弁体２０に作用する押し下げ力と押し上げ力）をバランス（差圧をキャンセル）させることができ、流路切換時に弁体２０に作用する荷重を可及的に小さくでき、ステッピングモータ５０による弁体２０の駆動トルクを低減できる。

特に、本第１実施形態においては、弁室７を画成する壁面に設けられた傾斜面によって、弁体２０の上端（一端）２１及び下端（他端）２２と接離する弁座１９ａ、６ａが形成される。これにより、弁体２０の下端２２もしくは上端２１が弁本体５の凹部６に設けられた弁座６ａもしくは軸受部材１５の凹部１９に設けられた弁座１９ａに着座して下端側開口２０ｂもしくは上端側開口２０ａが閉じられる状態であっても、弁体２０の上端面及び下端面と弁室７内の流体（冷媒）とを接触させることができるため、筒状の弁体２０の軸心Ｌ方向への移動による流路切換時に弁体２０の移動方向（軸心Ｌ方向）に作用する力を精緻にバランス（差圧をキャンセル）させることができる。

また、本第１実施形態においては、弁体２０の外周面と弁本体５の内周面との間をシールするシール部材２、３が弁本体５の内周面に形成された環状溝２ａ、３ａに装着されている、各連通口２０ｃ、２０ｄが内部壁２３よりも上端側の第１内部流路Ｓ１と下端側の第２内部流路Ｓ２との双方に開口するように形成されている、また、弁体２０の内部壁２３よりも上端側及び下端側の内周面に段部２４、２６が設けられて当該弁体２０が上下対称に形成されている。そのため、弁室７内に配置される弁体２０の形状や構成を簡素化することができる。

また、本第１実施形態においては、弁体２０の外径が、連通口２０ｃ、２０ｄ、上端側開口２０ａ、及び下端側開口２０ｂが形成された部分で僅かに小さくなるように形成されると共に、弁本体５の内径が、流入口１３ａ、第１流出口１１ａ、及び第２流出口１２ａが形成された部分、特に（弁室７の上端側の第１流出口１１ａが形成された部分）で大きくなるように形成されている。さらに、第１流出口１１ａと流入口１３ａとの間の部分や第２流出口１２ａと流入口１３ａとの間の部分の内周面の上端及び下端は、第１流出口１１ａ、第２流出口１２ａ、及び流入口１３ａが形成された部分に向かって拡径するようにＲ付けされている。そのため、弁本体５の弁室７内に弁体２０を簡便に嵌挿することができ、弁体２０の組立工程を格段に簡素化できるといった利点もある。

［第２実施形態］
図５は、本発明に係る流路切換弁の第２実施形態の全体構成を示す縦断面図、図６は、その流路切換弁において、流体が流入口から第１流出口に流される状態を説明する縦断面図、図７は、流体が流入口から第２流出口に流される状態を説明する縦断面図である。第２実施形態の流路切換弁１Ａは、上記した第１実施形態の流路切換弁１に対し、弁体の外周面と弁本体の内周面との間をシールするシール部材の配置構成が相違しており、その他の構成は第１実施形態の流路切換弁１とほぼ同様である。したがって、第１実施形態の流路切換弁１と同様の構成については同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第２実施形態の流路切換弁１Ａでは、弁体２０Ａの外周面のうち、上端側開口２０ａＡと連通口２０ｃＡ、２０ｄＡとの間及び下端側開口２０ｂＡと連通口２０ｃＡ、２０ｄＡとの間の外周面（すなわち、弁本体５Ａの流入口１３ａＡと第１流出口１１ａＡとの間及び流入口１３ａＡと第２流出口１２ａＡとの間の部分に対応する箇所）に環状溝２７ａＡ、２８ａＡが形成され、その環状溝２７ａＡ、２８ａＡに弁体２０Ａの外周面と弁本体５Ａの内周面との間をシールするＯリング等のシール部材２７Ａ、２８Ａが装着されている。

より詳細には、弁体２０Ａは、上記した第１実施形態の弁体２０を軸心方向で３分割した分割体から構成され、内部に段部２４Ａが形成され且つ上端側開口２０ａＡを有する上端側円筒部３１Ａと、内部に段部２６Ａが形成され且つ下端側開口２０ｂＡを有する下端側円筒部３２Ａと、上端側円筒部３１Ａと下端側円筒部３２Ａとの間に配置され、側部に２つの連通口２０ｃＡ、２０ｄＡが形成され且つ内部に内部壁２３Ａが形成された中央円筒部３３Ａとを有している。

ここで、上端側円筒部３１Ａ及び下端側円筒部３２Ａの外周面は、中央円筒部３３Ａに向かって縮径するように段付きで形成され、一方で、中央円筒部３３Ａの上端側と下端側の内周面は、上端側円筒部３１Ａ及び下端側円筒部３２Ａに向かって拡径するように段付きで形成されている。中央円筒部３３Ａの上端側の内部に、上端側円筒部３１Ａの中央円筒部３３Ａ側の縮径部分の下端が圧入等により固定され、中央円筒部３３Ａの下端側の内部に、下端側円筒部３２Ａの中央円筒部３３Ａ側の縮径部分の上端が圧入等により固定されることで、上端側円筒部３１Ａと中央円筒部３３Ａと下端側円筒部３２Ａとが一体に形成されると共に、前記弁体２０Ａの外周面に前記シール部材２７Ａ、２８Ａが装着される環状溝２７ａＡ、２８ａＡが形成される。

すなわち、本第２実施形態では、上端側円筒部３１Ａの中央円筒部３３Ａ側の縮径部分にシール部材２７Ａを外挿し、中央円筒部３３Ａの上端側の内部に上端側円筒部３１Ａの中央円筒部３３Ａ側の縮径部分の下端を固定することによって、上端側開口２０ａＡと連通口２０ｃＡ、２０ｄＡとの間の外周面にシール部材２７Ａが装着される。また、下端側円筒部３２Ａの中央円筒部３３Ａ側の縮径部分にシール部材２８Ａを外挿し、中央円筒部３３Ａの下端側の内部に下端側円筒部３２Ａの中央円筒部３３Ａ側の縮径部分の上端を固定することによって、下端側開口２０ｂＡと連通口２０ｃＡ、２０ｄＡとの間の外周面にシール部材２８Ａが装着される。

なお、シール部材２７Ａ、２８Ａは、弁体２０Ａが軸心Ｌ方向に移動する際に、弁本体５Ａの内径が縮径する部分（すなわち、流入口１３ａＡと第１流出口１１ａＡとの間及び流入口１３ａＡと第２流出口１２ａＡとの間の部分）と摺接する位置に配置される。

したがって、本第２実施形態の流路切換弁１Ａにおいては、上記した第１実施形態の流路切換弁１と同様、筒状の弁体２０Ａの軸心ＬＡ方向への移動による流路切換時に弁体２０Ａの移動方向に作用する力をバランス（差圧をキャンセル）させることができると共に、弁本体５Ａの形状や構成を簡素化でき、かつ、弁室７Ａ内への弁体２０Ａの嵌挿工程を含む流路切換弁１Ａの組立工程を簡素化することができる。

なお、本第２実施形態の流路切換弁１Ａでは、弁体２０Ａの外径は軸心ＬＡ方向で略一定に形成されている。

［第３実施形態］
図８は、本発明に係る流路切換弁の第３実施形態の全体構成を示す縦断面図である。第３実施形態の流路切換弁１Ｂは、上記した第１実施形態の流路切換弁１に対し、弁体の内部形状が相違しており、その他の構成は第１実施形態の流路切換弁１とほぼ同様である。したがって、第１実施形態の流路切換弁１と同様の構成については同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第３実施形態の流路切換弁１Ｂでは、弁体２０Ｂの内部壁２３Ｂよりも上端側の内周面の段部（第１実施形態における段部２４）が省略され、内部壁２３Ｂよりも上端側（第１内部流路Ｓ１Ｂ側）の内径が一定となり、その内径は第１実施形態の内径と比較して大きくなっている。

本第３実施形態の流路切換弁１Ｂにおいては、上記した第１実施形態の流路切換弁１と同様、筒状の弁体２０Ｂの軸心ＬＢ方向への移動による流路切換時に弁体２０Ｂの移動方向に作用する力をバランス（差圧をキャンセル）させることができると共に、弁体２０Ｂの内部流路ＳＢ、特に弁体２０Ｂの内部壁２３Ｂよりも上端側の第１内部流路Ｓ１Ｂの流路面積を大きく設定することができる。そのため、流入口１３ａＢに接続された導管継手１３Ｂから第１流出口１１ａＢに接続された導管継手１１Ｂへ流れる流体（冷媒）の流量を十分に確保することができる。

［第４実施形態］
図９は、本発明に係る流路切換弁の第４実施形態の全体構成を示す縦断面図である。第４実施形態の流路切換弁１Ｃは、上記した第３実施形態の流路切換弁１Ｂに対し、弁体の連通口や内部壁の構成が相違しており、その他の構成は第３実施形態の流路切換弁１Ｂとほぼ同様である。したがって、第３実施形態の流路切換弁１Ｂと同様の構成については同様の符号を付してその詳細な説明は省略する。

第４実施形態の流路切換弁１Ｃでは、弁体２０Ｃの側部に、軸心ＬＣ方向で２列であって平面視で視た際に軸心ＬＣ周りで９０度間隔に合計８つの連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣ、２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣが形成されている。上列の４つの連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣは、内部壁２３Ｃよりも上端側の第１内部流路Ｓ１Ｃに開口し、下列の４つの連通口２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣは、内部壁２３Ｃよりも下端側の第２内部流路Ｓ２Ｃに開口するように形成されている。なお、各連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣ、２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣは、側面視で視た際に略円形状を呈している（図１０参照）。ここで、各連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣ、２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣの位置や大きさ、形状等は、弁室７Ｃ内で弁体２０Ｃが移動した際に、軸心ＬＣ方向に並んで形成された連通口を介して弁本体５Ｃの流入口１３ａＣと弁体２０Ｃの内部流路ＳＣとが常時連通するように設計されている。

また、弁体２０の内部に設けられた内部壁２３Ｃは、弁体２０Ｃの略中央部、すなわち軸心ＬＣ方向に並んで形成された連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣと連通口２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣとの間の部分に該弁体２０Ｃに一体に形成されており、したがって平面視で視た際に略円形状を呈している（図１０参照）。弁体２０Ｃの内部流路ＳＣは、この内部壁２３Ｃによって、内部壁２３Ｃよりも上端側の第１内部流路Ｓ１Ｃと下端側の第２内部流路Ｓ２Ｃとに分割され、上記したように、上列の４つの各連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣと下列の４つの連通口２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣとが、内部壁２３Ｃよりも上端側の第１内部流路Ｓ１Ｃと下端側の第２内部流路Ｓ２Ｃとにそれぞれ開口するように形成されている。

また、内部壁２３Ｃには、内部壁２３Ｃよりも上端側の第１内部流路Ｓ１Ｃと下端側の第２内部流路Ｓ２Ｃとを連通するべく、軸心ＬＣ周りで９０度間隔に４つの連通路２９Ｃが軸心ＬＣ方向に沿って形成されている。

したがって、弁体２０Ｃを弁本体５Ｃの弁室７Ｃに嵌挿すると、弁本体５Ｃの流入口１３ａＣと弁体２０Ｃの第１内部流路Ｓ１Ｃ及び第２内部流路Ｓ２Ｃとが、連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣ、２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣのうち軸心ＬＣ方向に並んで形成された少なくとも２つの連通口（図９中、連通口２０ｃａＣと連通口２０ｃｂＣ）を介して常時連通するようになっている。

本第４実施形態においても、上記した第１〜第３実施形態と同様、弁体２０Ｃの下端２２Ｃもしくは上端２１Ｃが弁本体５Ｃの凹部６Ｃに設けられた弁座６ａＣもしくは軸受部材１５Ｃの凹部１９Ｃに設けられた弁座１９ａＣに着座して下端側開口２０ｂＣもしくは上端側開口２０ａＣが閉じられる状態であっても、弁体２０Ｃ内の上端側の第１内部流路Ｓ１Ｃと下端側の第２内部流路Ｓ２Ｃとが、軸心ＬＣ方向で２列に並んで形成された連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣ、２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣと内部壁２３Ｃに形成された連通路２９Ｃとを介して連通している。そのため、流入口１３ａＣに接続された導管継手１３Ｃから流入する流体（冷媒）が、連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣ、２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣと連通路２９Ｃを介して弁体２０Ｃ内の第１内部流路Ｓ１Ｃ及び第２内部流路Ｓ２Ｃの双方、すなわち筒状の弁体２０Ｃ内全体に流入する。したがって、筒状の弁体２０Ｃの軸心ＬＣ方向への移動による流路切換時に弁体２０Ｃの移動方向（軸心ＬＣ方向）に作用する力（弁体２０Ｃに作用する押し下げ力と押し上げ力）をバランス（差圧をキャンセル）させることができ、流路切換時に弁体２０Ｃに作用する荷重を可及的に小さくでき、ステッピングモータ５０Ｃによる弁体２０Ｃの駆動トルクを低減できる。

また、本第４実施形態においては、弁体２０Ｃの内部流路ＳＣに開口する連通口が軸心ＬＣ方向で並んで形成され、各連通口が内部壁２３Ｃよりも上端側の第１内部流路Ｓ１Ｃと下端側の第２内部流路Ｓ２Ｃとにそれぞれ開口するため、各連通口の開口面積を最適化することができる。そのため、弁室７Ｃ内に配置される弁体２０Ｃの形状や構成を簡素化しながら、当該弁体２０Ｃの強度を確保することができる。

なお、上記した第４実施形態では、弁体２０Ｃの構成を簡素化するために、軸心ＬＣ方向で２列に並んで形成された連通口のうち、上列の４つの連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣと下列の４つの連通口２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣとが平面視で視た際に軸心ＬＣ周りで同じ位置に形成される形態について説明したが、上列の４つの連通口２０ｃａＣ〜２０ｆａＣと下列の４つの連通口２０ｃｂＣ〜２０ｆｂＣとは軸心ＬＣ周りでそれぞれ異なる位置に形成してもよいことは勿論である。

また、上記した第１〜第４実施形態では、流体（冷媒）が流入口に接続された導管継手から第１流出口や第２流出口に接続された導管継手へ流れる形態について説明したが、当該流体を、第１流出口や第２流出口に接続された導管継手から流入口に接続された導管継手へ流してもよいことは勿論である。また、例えば図１や図５に示すような位置で弁体を静止させ、流体（冷媒）を、流入口に接続された導管継手から第１流出口に接続された導管継手と第２流出口に接続された導管継手の双方へ同時に流してもよい。

さらに、上記した第１〜第４実施形態では、流入口１３ａ、１３ａＡ、１３ａＢ、１３ａＣが、第１流出口１１ａ、１１ａＡ、１１ａＢ、１１ａＣと第２流出口１２ａ、１２ａＡ、１２ａＢ、１２ａＣの略中間に設けられている形態について説明したが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、第１流出口と第２流出口の中間よりも第１流出口側又は第２流出口側に偏倚して設けられてもよい。この場合には、その偏倚量に応じて、弁体の側部に形成される連通口２０ｃ、２０ｄ、２０ｃＡ、２０ｄＡ、２０ｃＢ、２０ｄＢ、２０ｃａＣ、２０ｃｂＣ、２０ｄａＣ、２０ｄｂＣ…や、弁体の内部に形成される内部壁２３、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの形成位置を調整すればよい。

１ 流路切換弁
２ シール部材
２ａ 環状溝
３ シール部材
３ａ 環状溝
５ 弁本体
６ 凹部
６ａ 弁座
７ 弁室
１１ 導管継手
１１ａ 第１流出口
１２ 導管継手
１２ａ 第２流出口
１３ 導管継手
１３ａ 流入口
１４ 連通孔
１５ 軸受部材
１５ａ 嵌挿穴
１５ｉ 雌ねじ
１６ ボール受座
１７ 回転昇降軸
１７ａ 雄ねじ
１８ ボール
１９ 凹部
１９ａ 弁座
２０ 弁体
２０ａ 上端側開口（一端側開口）
２０ｂ 下端側開口（他端側開口）
２０ｃ、２０ｄ 連通口
２１ 弁体の上端（一端）（第１弁体部）
２２ 弁体の下端（他端）（第２弁体部）
２３ 内部壁
２３ａ 嵌装穴
２４、２６ 段部
２５ 縮装ばね
２７Ａ、２８Ａ シール部材
２９Ｃ 連通路
４０ 不思議遊星歯車式減速機構
５０ ステッピングモータ（駆動部）
５５ ステータ
５７ ロータ
５８ キャン
Ｌ 軸心
Ｓ 内部流路
Ｓ１ 第１内部流路
Ｓ２ 第２内部流路

Claims (13)

1. 内部流路を有し両端が開口した筒状の弁体と、弁室が画成され底部を有する弁本体と、前記弁室内で前記弁体をその軸心に沿って前記底部の方向に駆動する駆動部と、前記駆動部による駆動方向とは逆方向に前記弁体を付勢するばねとを備えた流路切換弁であって、
   前記弁体は、その外周面が前記弁本体に支持されて前記弁室内に摺動自在に収容され、
   前記弁体の中央側部には、前記内部流路に開口する連通口が形成され、
   前記弁本体には、前記弁室内で前記弁体が移動する際に前記弁体の前記連通口を介して前記内部流路と連通する流入口と、前記弁体の一端側開口及び他端側開口を介して前記内部流路と連通する第１流出口及び第２流出口とが形成され、
   前記ばねは、前記弁本体の底部と前記弁体の内周面に設けられた段部との間に設けられていることを特徴とする流路切換弁。
2. 前記弁体の内部には、前記駆動部による駆動力を前記弁体に伝達する内部壁が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流路切換弁。
3. 前記連通口は、前記内部壁よりも一端側の第１内部流路と他端側の第２内部流路との双方に開口するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
4. 前記連通口は複数形成され、各連通口が前記内部壁よりも一端側の第１内部流路と他端側の第２内部流路とにそれぞれ開口していることを特徴とする請求項２に記載の流路切換弁。
5. 前記内部壁には、該内部壁よりも一端側の第１内部流路と他端側の第２内部流路とを連通する連通路が形成されていることを特徴とする請求項２から４のいずれか一項に記載の流路切換弁。
6. 前記弁室を画成する壁面に設けられた傾斜面によって、前記弁体の一端もしくは他端と接離する弁座が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の流路切換弁。
7. 前記弁本体の内周面に形成された環状溝に、前記弁体の外周面と前記弁本体の内周面との間をシールするシール部材が配設されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の流路切換弁。
8. 前記弁体の外周面に形成された環状溝に、前記弁体の外周面と前記弁本体の内周面との間をシールするシール部材が配設されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の流路切換弁。
9. 前記シール部材は、前記弁体の前記連通口と前記一端側開口との間及び前記連通口と前記他端側開口との間に配設されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の流路切換弁。
10. 前記弁体の内部には、前記弁体の一端側又は他端側に向かって内径が大きくなる段部が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の流路切換弁。
11. 前記弁本体の内径は、前記流入口、前記第１流出口、又は前記第２流出口が形成された部分で大きくなることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の流路切換弁。
12. 前記弁体の外径は、前記連通口、前記一端側開口、又は前記他端側開口が形成された部分で小さくなることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一項に記載の流路切換弁。
13. 前記駆動部は、遊星歯車式減速機構を備えていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の流路切換弁。

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