JPH1151513A - ロータリ式流路切換弁の主弁構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多極マグネットに強度面で問題を生じたり、
弁体の樹脂成形の寸法安定性（シール面の平面度）や摺
動性に問題を生じることがないように改良されたロータ
リ式流路切換弁の主弁構造を提供すること。 【解決手段】 弁体（主弁体３）に設けられる多極マグ
ネット７１をプラスチックス材に磁気粉を混練されてな
るプラスチックマグネットにより構成し、主弁体３と多
極マグネット７１とを多重成形により一体に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ロータリ式流路
切換弁に関し、特にヒートポンプシステムで使用される
四方弁や三方弁に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】四方弁や三方弁として使用されるロータ
リ式流路切換弁として、円筒状の弁ハウジングと、前記
弁ハウジングに回転変位可能に設けられた弁体と、前記
弁ハウジングに固定され低圧側配管を接続される低圧側
ポート、高圧側配管を接続される高圧側ポート、及び、
少なくとも一つの切換ポートを有する弁座板と、前記弁
体に取り付けられた多極マグネットと前記弁ハウジング
に取り付けられた電磁ソレノイドと前記弁ハウジングに
取り付けられて前記電磁ソレノイドにより帯磁される磁
極部材とを含み前記多極マグネットと前記磁極部材との
磁気作用によって前記弁体を回転駆動する電磁アクチュ
エータとを有し、前記弁体が、当該弁体の一方の端面に
て前記弁座板と接触し、回転変位により前記切換ポート
を前記低圧側ポートと前記高圧側ポートのいずれか一方
に選択的に連通接続するように構成されたロータリ式流
路切換弁が知られている。

【０００３】上述のようなロータリ式流路切換弁におけ
る多極マグネット付きの弁体には、焼結成形された金属
製の多極マグネットを、接着剤による接着、超音波溶
着、機械的結合により一体的に取り付られた構造のもの
と、弁全体をプラスチックマグネットにより成形された
ものとがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】焼結成形された金属製
の多極マグネットを弁体に一体的に取り付けたもので
は、多極マグネットの材質上、多極マグネットの端部が
かけ等により欠損し易く、強度面で問題があり、取り扱
いが難しいと云う欠点がある。また、焼結成形された金
属製の多極マグネットは重量が大きく、しかも、金属製
ヨークを別途必要とするので、ロータリ式流路切換弁全
体の重量を大きくする原因になる。

【０００５】弁全体をプラスチックマグネットによって
構成されたものでは、焼結成形された金属製の多極マグ
ネットによるものにおけるような問題を生じることはな
いが、プラスチックマグネットの溶融樹脂は、一般に、
流動性が悪いため、成形性が悪く、ひけ、ボイド等の成
形不良を生じ易いと云う問題がある。また、弁全体をプ
ラスチックマグネットにより構成されたものでは、成形
性の悪さにより、弁体が弁座板と摺接するシール面の平
面度を高精度に設定することが難しく、しかも、硬度の
面で柔軟性を持たせることも難しいため、弁体のシール
性、摺動性に問題がある。

【０００６】この発明は、上述の如き問題点に着目して
なされたものであり、多極マグネットに強度面で問題を
生じたり、弁体の樹脂成形の寸法安定性（シール面の平
面度）や摺動性に問題を生じることがないように改良さ
れたロータリ式流路切換弁の主弁構造を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明によるロータリ式流路切換
弁の主弁構造は、円筒状の弁ハウジングと、前記弁ハウ
ジングに回転変位可能に設けられた弁体と、前記弁ハウ
ジングに固定され低圧側配管を接続される低圧側ポー
ト、高圧側配管を接続される高圧側ポート、及び、少な
くとも一つの切換ポートを有する弁座板と、前記弁体に
取り付けられた多極マグネットと前記弁ハウジングに取
り付けられた電磁ソレノイドと前記弁ハウジングに取り
付けられて前記電磁ソレノイドにより帯磁される磁極部
材とを含み、前記多極マグネットと前記磁極部材との磁
気作用によって前記弁体を回転駆動する電磁アクチュエ
ータとを有し、前記弁体は、当該弁体の一方の端面にて
前記弁座板と接触し、回転変位により前記切換ポートを
前記低圧側ポートと前記高圧側ポートのいずれか一方に
選択的に連通接続するように構成されたロータリ式流路
切換弁において、前記多極マグネットは、プラスチック
ス材に磁気粉を混練されてなるプラスチックマグネット
により構成され、前記弁体と前記多極マグネットとが多
重成形により一体に形成されているものである。

【０００８】請求項２に記載の発明によるロータリ式流
路切換弁の主弁構造は、前記プラスチックマグネットは
前記磁極部材と対向する面部の内側部分に空洞部が成形
されているものである。

【０００９】請求項１に記載の発明によるロータリ式流
路切換弁の主弁構造によれば、多極マグネットがプラス
チックマグネットにより構成され、弁体と多極マグネッ
トとが多重成形により一体に形成されている。これによ
り多極マグネットをなすプラスチックマグネットと弁体
とを異質材料に構成することができ、金属製ヨークが不
要になるのと併せて、軽量化を図ることができる。

【００１０】請求項２に記載の発明によるロータリ式流
路切換弁の主弁構造によれば、プラスチックマグネット
が磁極部材と対向する面部の内側部分に空洞部が成形さ
れており、この空洞部によって主弁の材料削減と重量低
下が図られる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に添付の図を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明する。

【００１２】図１〜図７はこの発明によるロータリ式流
路切換弁の主弁構造の一つの実施の形態を示している。
ロータリ式流路切換弁は、円筒状の弁ハウジング１と、
弁ハウジング１内に回転変位可能に且つ回転軸方向に移
動可能に設けられた主弁体３と、弁ハウジング１の底部
に固定された弁座板５と、主弁体３に設けられたパイロ
ット弁９と、弁ハウジング１の上部に取り付けられた電
磁ソレノイド１１とを有している。

【００１３】このロータリ式流路切換弁は、図５、図６
に示されているように、ヒートポンプシステムで使用さ
れる四方弁１００として構成され、弁座板５には、ヒー
トポンプシステムにおけるコンプレッサＰの吸入側から
の低圧側配管１３を接続される低圧側ポート１５と、コ
ンプレッサＰの吐出側からの高圧側配管１７を接続され
る高圧側ポート１９と、エバポレータ（室内熱交換器）
Ｅの配管２１を接続される第一の切換ポート２３と、コ
ンデンサ（室外熱交換器）Ｃの配管２５を接続される第
二の切換ポート２７とを有している。

【００１４】主弁体３は、図１に示されているように、
底部に設けられた中心ガイト孔２９にて弁座板５に固定
されたセンタピン３１に嵌合していると共に、上部に舌
片状に突出形成されたガイド部４にて、弁ハウジング１
の上部に大径円筒部２と同心に設けられた主弁体案内円
筒部６に軸線方向に移動可能に嵌合し、これらの嵌合ガ
イドにより自身の中心軸線の周りに第一の回転位置と第
二の回転位置との間に回転変位し、軸線方向に直線的に
上昇位置と降下位置との間に上下変位する。

【００１５】なお、ガイド部４は後述する高圧側連絡溝
３７の側とは反対側に形成され、主弁体案内円筒部６と
の当接関係により、高圧側の流入圧力による主弁体３の
傾き偏倚を抑制する。

【００１６】主弁体３は降下位置においては、底面（圧
力室４１とは反対の側の端面）３３にて弁座板５と接触
しており、その底面部に互いに独立した低圧側連絡溝３
５と高圧側連絡溝３７とを有している。

【００１７】主弁体３は、第一の回転位置では、図５に
示されているように、低圧側連絡溝３５により低圧側ポ
ート１５と第一の切換ポート２３とを連通接続すると共
に高圧側連絡溝３７によって高圧側ポート１９と第二の
切換ポート２７とを連通接続し、第二の回転位置では、
図６に示されているように、低圧側連絡溝３５により低
圧側ポート１５と第二の切換ポート２７とを連通接続す
ると共に高圧側連絡溝３７によって高圧側ポート１９と
第一の切換ポート２３とを連通接続する。

【００１８】これにより、主弁体３が第一の回転位置で
ある切換状態では、図５に示されているように、コンプ
レッサＰ→四方弁１００→室外熱交換器Ｃ→絞りＤ→室
内熱交換器Ｅ→四方弁１００→コンプレッサＰと云う冷
媒循環路が確立し、ヒートポンプシステムは冷房モード
になる。

【００１９】これに対し、主弁体３が第二の回転位置で
ある切換状態では、図６に示されているように、コンプ
レッサＰ→四方弁１００→室内熱交換器Ｅ→絞りＤ→室
外熱交換器Ｃ→四方弁１００→コンプレッサＰと云う冷
媒循環路が確立し、ヒートポンプシステムは暖房モード
になる。

【００２０】なお、高圧側配管１７の先端は、高圧側ポ
ート１９を貫通して高圧側連絡溝３７内に突出してお
り、高圧側連絡溝３７の内壁面との当接により、主弁体
３の回動変位範囲を第一の回転位置と第二の回転位置と
の間の往復回動範囲に制限するストッパを兼ねている。

【００２１】主弁体３の上側（一方の端面側）には、図
１に示されているように、弁ハウジング１と、弁ハウジ
ング１の上部に形成されているパイロット弁案内筒部３
９に嵌合しているパイロット弁９とによって圧力室４１
が画定されている。圧力室４１は、パイロット弁９と主
弁体３との間のバイパス間隙４３や、主弁体３のピスト
ンリング溝４５に嵌め込まれているピストンリング４７
の両端間に形成されるスリット部を経て、高圧側連絡溝
３７、高圧側ポート１９と連通しており、高圧側ポート
１９の圧力を導入される。

【００２２】パイロット弁案内筒部３９は大径円筒部２
や主弁体案内筒部６と同心に設けられており、パイロッ
ト弁９のステム部１０は、パイロット弁案内筒部３９
や、主弁体３の中心部に形成された円形横断面の弁保持
孔５１に、軸線方向に移動可能に嵌合しており、先端の
ニードル弁部５３にて主弁体３に形成された弁ポート５
５を開閉する。

【００２３】この構造により、パイロット弁９は、弁ハ
ウジング１側のパイロット弁案内筒部３９と主弁体３側
の弁保持孔５１に軸線方向に移動可能に嵌合し、弁ハウ
ジング１と主弁体３の両方より個別に支持されているこ
とになる。

【００２４】なお、ステム部１０の具体的な形状として
は、例えば、図７（ａ）〜（ｃ）に示されているよう
に、外周面にカット面１２を有していて、Ｄ形横断面形
状あるいは多角形横断面形状をなしており、残された円
周面１４だけでパイロット弁案内筒部３９や弁保持孔５
１に嵌合するものが考えられる。

【００２５】この場合には、パイロット弁９のカット面
１２と弁保持孔５１との間に、圧力室４１と弁ポート５
５とを連通する通路（図示せず）が形成される。

【００２６】また、ステム部１０の他の具体的な形状と
しては、図７（ｄ）に示されているように、パイロット
弁案内筒部３９や弁保持孔５１の内径に対応した外径の
略円柱状をなしており、円周面１４の全周においてパイ
ロット弁案内筒部３９や弁保持孔５１に嵌合するものが
考えられる。

【００２７】この場合には、図７（ｅ）に示されている
ように、ステム部１０のニードル弁部５３寄りの先端部
分に小径部１０ａが形成され、この小径部１０ａにステ
ム部１０の中心を通る貫通通路１０ｂがステム部１０の
径方向に貫設されると共に、ニードル弁部５３とは反対
側のパイロット弁案内筒部３９側に位置する端面から貫
通通路１０ｂの中央に至る連絡通路１０ｃがステム部１
０の軸方向に形成され、この貫通通路１０ｂと連絡通路
１０ｃ、及び、小径部１０ａと弁保持孔５１との間の空
間により、圧力室４１と弁ポート５５とを連通する通路
が構成される。

【００２８】弁ポート５５は、弁保持孔５１の底部中央
にあり、一方でバイパス間隙４３を介して圧力室４１に
連通し、他方で連通孔５７によって低圧側連絡溝３５に
連通している。

【００２９】パイロット弁９は、電磁ソレノイド１１の
固定吸引子５９との間に設けられたばね６１により閉弁
方向に付勢され、電磁ソレノイド１１の電磁コイル６３
に通電が行われることにり、ばね６１のばね力に抗して
固定吸引子５９に吸着し、弁ポート５５を開放、すなわ
ち開弁する。

【００３０】主弁体３の上部には多極マグネット７１が
一体的に設けられている。多極マグネット７１は、主弁
体３と同心のリング状をなし、主弁体３の回転方向にＮ
極部とＳ極部とを交互に２個ずつ着磁されている。

【００３１】多極マグネット７１は、ポリアミド樹脂
（ＰＡ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）等のプラスチッ
クス材に磁性フェライト粉末等の磁気粉を混練されてな
るプラスチックマグネットにより構成されている。

【００３２】主弁体３は、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポ
リプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）等のエ
ンジニアリングプラスチックス等をベースとした、成形
性、摺動性、耐流体性の高い樹脂材料で構成されてお
り、多極マグネット７１と主弁体３との各材料の融点
は、同じであっても異なっていても製造上何ら問題な
い。そして、主弁体３と多極マグネット７１とは、多重
成形により一体に形成される。なお、主弁体３と多極マ
グネット７１との結合部には逆傾斜の抜け止め形状部８
が形成されている。

【００３３】プラスチックマグネットによる多極マグネ
ット７１には、後述する主磁極部材６５と対向する外周
面部の内側部分に、材料削減と重量低下のための空洞部
７２が成形されている。

【００３４】電磁ソレノイド１１には、電磁コイル６３
の上側の一方の磁極と磁気的に連結されているステープ
ル形状の主磁極部材６５がボルト６７により固定されて
おり、また電磁コイル６３の下側の他方の磁極と磁気的
に連結されて、主磁極部材６５とは弁ハウジング１の中
心軸線周りに９０度回転変位した位置に、ステープル形
状の副磁極部材６９が固定されている。

【００３５】上述のような電磁ソレノイド１１と多極マ
グネット７１による電磁アクチュエータ構造では、電磁
ソレノイド１１に対し通電する電流の方向により主磁極
部材６５がＮ極、副磁極部材６９がＳ極に帯磁、あるい
はその反対の極性に帯磁し、多極マグネット７１との磁
気作用により、主弁体３を第一の回転位置より第二の回
転位置へ回転変位、あるいはその反対に回転変位させ
る。

【００３６】上述のような構成による四方弁１００で
は、図１に示されているような状態において、電磁ソレ
ノイド１１の電磁コイル６３に通電が行われると、固定
吸引子５９が励磁し、パイロット弁９がばね６１のばね
力に抗して上昇変位して固定吸引子５９に吸着し、弁ポ
ート５５が開放される。

【００３７】これにより圧力室４１が低圧側連絡溝３
５、低圧側ポート１５と連通し、コンプレッサＰの吸入
圧により、圧力室４１の内圧が高圧側ポート１９と同じ
高圧から低圧側ポート１５と同じ低圧に向かって低下す
る。これにより主弁体３の下側に比べて主弁体３の上側
が低圧になり、圧力差で主弁体３が上昇変位し、弁座板
５より離れ、低抵抗で回転変位し得る状態になる。

【００３８】なお、パイロット弁９が開弁すれば、圧力
室４１の内圧が低下するのは、ピストンリング４７のス
リット部４９によって圧力室４１と高圧側連絡溝３７、
高圧側ポート１９との連通度が絞られてあり、この連通
度がパイロット弁９が開弁した時の圧力室４１と低圧側
連絡溝３５との連通度より低い値に設定されているから
である。

【００３９】上述の状態になると、主磁極部材６５、副
磁極部材６９の帯磁と多極マグネット７１との磁気作用
により、主弁体３が第一の回転位置より第二の回転位置
へ回転変位、あるいはその反対に回転変位し、ヒートポ
ンプサイクルが冷房モードあるいは暖房モードに切り換
えられる。

【００４０】この後に、電磁コイル６３に対する通電を
停止すると、ばね６１にばね力によりパイロット弁９が
降下して閉弁し、圧力室４１と低圧側連絡溝３５との連
通が遮断され、バイパス用間隙４３やピストンリング４
７のスリット部４９を経て、高圧側連絡溝３７、高圧側
ポート１９の圧力が圧力室４１に導入され、圧力室４１
が主弁体３の下部の圧力と同圧になり、ばね６１のばね
力と主弁体３の自重とによって主弁体３が元の降下位置
に戻り、弁座板５と密着する。

【００４１】上述のように、多極マグネット７１がプラ
スチックマグネットにより構成され、主弁体３と多極マ
グネット７１とが多重成形により一体に形成されている
から、多極マグネット７１と主弁体３とを異質材料に構
成することができ、このことにより、主弁体３の材質選
択の幅が広がり、成形性、摺動性、耐流体性に優れた樹
脂材料を使用でき、主弁体３が弁座板５と摺接するシー
ル面の平面度を高精度に設定することができる。

【００４２】また、多極マグネット７１は、プラスチッ
クマグネットにより構成されているから、焼結金属製の
ものに比して欠損を生じ難く、充分な強度が得られ、併
せて焼結金属製のものに比して軽量であり、しかも、金
属製ヨークが不要になるのと併せて、ロータリ式流路切
換弁の軽量化、主弁体３の回転効率の向上に伴う性能ア
ップを図ることができる。

【００４３】しかも、多極マグネット７１には、空洞部
７２が成形されていることにより、材料削減と、より一
層の重量低下が図られる。

【００４４】なお、上述の実施形態では、四方弁を例に
取って説明したが、この発明によるロータリ式流路切換
弁の主弁構造はロータリ式の三方弁においても同様に適
用可能であることは云うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、請求項
１に記載の発明によるロータリ式流路切換弁の主弁構造
によれば、円筒状の弁ハウジングと、前記弁ハウジング
に回転変位可能に設けられた弁体と、前記弁ハウジング
に固定され低圧側配管を接続される低圧側ポート、高圧
側配管を接続される高圧側ポート、及び、少なくとも一
つの切換ポートを有する弁座板と、前記弁体に取り付け
られた多極マグネットと前記弁ハウジングに取り付けら
れた電磁ソレノイドと前記弁ハウジングに取り付けられ
て前記電磁ソレノイドにより帯磁される磁極部材とを含
み、前記多極マグネットと前記磁極部材との磁気作用に
よって前記弁体を回転駆動する電磁アクチュエータとを
有し、前記弁体は、当該弁体の一方の端面にて前記弁座
板と接触し、回転変位により前記切換ポートを前記低圧
側ポートと前記高圧側ポートのいずれか一方に選択的に
連通接続するように構成されたロータリ式流路切換弁に
おいて、前記多極マグネットは、プラスチックス材に磁
気粉を混練されてなるプラスチックマグネットにより構
成され、前記弁体と前記多極マグネットとが多重成形に
より一体に形成されているものとした。

【００４６】これにより、多極マグネットがプラスチッ
クマグネットにより構成され、弁体と多極マグネットと
が多重成形により一体に形成され、多極マグネットをな
すプラスチックマグネットと弁体とを異質材料に構成す
ることができるから、弁体の材質選択の幅が広がり、成
形性、摺動性、耐流体性に優れた樹脂材料を使用でき、
弁体が弁座板と摺接するシール面の平面度を高精度に設
定することができる。また、多極マグネットは、プラス
チックマグネットにより構成されているから、焼結金属
製のものに比して欠損を生じ難く、充分な強度が得ら
れ、併せて焼結金属製のものに比して、金属製ヨークが
不要になることもあって軽量であり、ロータリ式流路切
換弁の軽量化、弁体の回転効率の向上に伴う性能アップ
を図ることができる。また、多重成形により、多極マグ
ネットと弁体との接合工程を省略でき、コストダウンを
図ることができる。

【００４７】請求項２に記載の発明によるロータリ式流
路切換弁の主弁構造によれば、前記プラスチックマグネ
ットは前記磁極部材と対向する面部の内側部分に空洞部
が成形されているものとした。

【００４８】これにより、材料削減とより一層の重量低
下が図られ、弁体の回転効率の向上に伴う性能アップを
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるロータリ式流路切換弁の主弁構
造の一つの実施の形態を示す縦断面図である。

【図２】図１のロータリ式流路切換弁の平面図である。

【図３】図１のロータリ式流路切換弁の底面図である。

【図４】図１のロータリ式流路切換弁の側面図である。

【図５】図１のロータリ式流路切換弁をヒートポンプシ
ステムに組み込んだ際の冷房運転時における冷媒回路構
成を示す説明図である。

【図６】図１のロータリ式流路切換弁をヒートポンプシ
ステムに組み込んだ際の暖房運転時における冷媒回路構
成を示す説明図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は図１のパイロット弁の端面
図、（ｅ）は（ｄ）のパイロット弁の断面図である。

【符号の説明】

１ 弁ハウジング ３ 主弁体 ５ 弁座板 ９ パイロット弁 １１ 電磁ソレノイド １５ 低圧側ポート １９ 高圧側ポート ２３ 第一の切換ポート ２７ 第二の切換ポート ３５ 低圧側連絡溝 ３７ 高圧側連絡溝 ４１ 圧力室 ４５ ピストンリング溝 ４７ ピストンリング ５５ 弁ポート ５９ 固定吸引子 ６３ 電磁コイル ６５ 主磁極部材 ６９ 副磁極部材 ７１ 多極マグネット ７２ 空洞部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相原 一登 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 (72)発明者 中川 昇 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 (72)発明者 鈴木 和重 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 (72)発明者 杉田 三男 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 (72)発明者 寺西 敏博 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内 (72)発明者 平田 和夫 埼玉県狭山市笹井535 株式会社鷺宮製作 所狭山事業所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の弁ハウジングと、 前記弁ハウジングに回転変位可能に設けられた弁体と、 前記弁ハウジングに固定され低圧側配管を接続される低
   圧側ポート、高圧側配管を接続される高圧側ポート、及
   び、少なくとも一つの切換ポートを有する弁座板と、 前記弁体に取り付けられた多極マグネットと前記弁ハウ
   ジングに取り付けられた電磁ソレノイドと前記弁ハウジ
   ングに取り付けられて前記電磁ソレノイドにより帯磁さ
   れる磁極部材とを含み、前記多極マグネットと前記磁極
   部材との磁気作用によって前記弁体を回転駆動する電磁
   アクチュエータとを有し、 前記弁体は、当該弁体の一方の端面にて前記弁座板と接
   触し、回転変位により前記切換ポートを前記低圧側ポー
   トと前記高圧側ポートのいずれか一方に選択的に連通接
   続するように構成されたロータリ式流路切換弁におい
   て、 前記多極マグネットは、プラスチックス材に磁気粉を混
   練されてなるプラスチックマグネットにより構成され、 前記弁体と前記多極マグネットとが多重成形により一体
   に形成されていることを特徴とするロータリ式流路切換
   弁の主弁構造。
2. 【請求項２】 前記プラスチックマグネットは前記磁極
   部材と対向する面部の内側部分に空洞部が成形されてい
   る請求項１記載のロータリ式流路切換弁の主弁構造。