流路切換弁
【課題】弁ハウジング１内を２つのピストン２，２により主弁室１１Ａとその両側の副弁室１２Ａ，１２Ａに仕切り、一方の副弁室１２Ａを減圧することにより主弁室１１Ａ内の冷媒圧力との差圧により、ピストン２及び主弁体５を移動し、冷凍サイクルの冷媒の流路を切り換える流路切換弁１０において、ピストン２の移動後に、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとを速やかに均圧し、ピストン２の耐久性を確保する。
【解決手段】ピストン２の中央に均圧通路を設け、この均圧通路内に副弁２５を配設する。ピストン２がキャップ部１２側に移動したとき、副弁２５により副弁座部１２２の抽排気通路１２ａ開口を閉塞し、かつ、均圧通路を導通する。
【解決手段】ピストン２の中央に均圧通路を設け、この均圧通路内に副弁２５を配設する。ピストン２がキャップ部１２側に移動したとき、副弁２５により副弁座部１２２の抽排気通路１２ａ開口を閉塞し、かつ、均圧通路を導通する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等の冷凍サイクルに用いられ、冷媒の流路を切り換える流路切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機等においては冷凍サイクルの冷媒の流路を切り換えることで冷房運転と暖房運転とが切り換えられる。このような冷凍サイクルでは、圧縮機と、凝縮器又は蒸発器として用いられる二つの熱交換器と、これら圧縮機と二つの熱交換器との間の冷媒の流れる流路を切り換える流路切換弁が用いられる。
【０００３】
この種の流路切換弁として、例えば特開２００９−６８６９５号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この流路切換弁は、筒状の弁ハウジング（弁本体）内に、２つのピストンと主弁体とを連結したピストン本体を収容し、主弁体を弁ハウジング内の弁座に対して軸線方向に摺動させて複数の配管に流れる冷媒の流路を切り換えるものである。この流路の切換時には、２つのピストン間の主弁室の冷媒の圧力と、ピストンの外側の副弁室の冷媒の圧力との差圧によりピストン本体を移動させるものである。
【０００４】
また、この特許文献１の流路切換弁は、ピストン本体を移動させたとき、ピストンに配置した第２弁体（玉）を、弁ハウジングの端部キャップに設けられた弁座に接触させ、この弁座に設けた抽排気管を塞ぐことにより、高圧側の主弁室と低圧側の副弁室とを均圧し、ピストンのパッキンに作用する差圧を低減するようにしている。これにより、特に流体がＣＯ2 のような超高圧の冷媒の場合にも、ピストンの耐久性を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６８６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の流路切換弁においては、ピストンのパッキンの周囲に環状の傾斜部を備えており、その断面形が弁ハウジングの端に向かうにしたがって徐々に弁ハウジングの内面に近づく方向に傾斜した形状となっている。そして、主弁室側が高圧の状態、副弁室側が低圧の状態で、第２弁体により抽排気管を塞いだ後、主弁室と副弁室とが均圧するとき、主弁室側の高圧の冷媒がパッキンの傾斜部と弁ハウジングの内面との間から副弁室に漏れ出すように構成されている。このため、主弁室と副弁室とをスムーズに均圧するのが困難であり、改良の余地を残している。
【０００７】
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、筒状の弁ハウジング内に、２つのピストンと主弁体とを連結して収容し、ピストンの内側の主弁室とピストンの外側の副弁室との冷媒の差圧により主弁体を弁座に対して摺動させて複数の配管に流れる冷媒の流路を切り換える流路切換弁において、主弁体の移動後に主弁室と副弁室とを確実に均圧させ、ピストンの耐久性を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の流路切換弁は、筒状の弁ハウジング内に該弁ハウジングの軸線上に配置され互いに連結された２つのピストンを収容し、前記２つのピストンにより、前記弁ハウジング内を高圧側配管が接続される中央部の主弁室と該主弁室の両側の２つの副弁室とに仕切り、低圧側配管と２つの切換側配管に接続される主弁座を前記主弁室内に配置するとともに、前記主弁座に対して前記軸線方向に摺動可能な主弁体を前記ピストンに連結して配置し、前記２つの副弁室の何れか一方に高圧冷媒を導入するとともに、他方の副弁室を減圧することで、該減圧された副弁室内と前記主弁室内との差圧により前記ピストン及び主弁体を該副弁室側に移動して、該主弁体の凹部により前記低圧側配管を前記２つの切換側配管の何れか一方に択一的に連通させるとともに他方の切換側配管を前記主弁室を介して前記高圧側配管に連通し、冷媒の流れを切り換える流路切換弁において、前記弁ハウジング内部の両端に、前記主弁室側に突出する副弁座部であって前記冷媒の通路となる抽排気通路を弁ハウジング内に開口させた副弁座部が形成され、前記各ピストンに、前記副弁座部に対応する前記軸線上に、前記主弁室と前記副弁室とを連通可能にした均圧通路が形成されるとともに、該均圧通路内に配設された副弁であって該均圧通路に対する前記軸線方向の移動により当該均圧通路の導通と閉塞とを切り換える副弁が配設され、前記ピストンが前記減圧された副弁室側に移動し終わったとき、該ピストンの前記副弁が、該副弁室側の前記副弁座部の開口を閉塞し、かつ、該副弁座部が該副弁に当接することにより前記均圧通路を導通して、該均圧通路を介して前記減圧された副弁室と前記主弁室とを均圧するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の流路切換弁は、請求項１に記載の流路切換弁であって、前記ピストンが、前記弁ハウジングの内面に接触するパッキンを有し、該パッキンの外周に弁ハウジングの中央部側に環状に延びる傾斜部が形成され、該傾斜部はその断面形が前記弁ハウジングの中央部に向かうにしたがって徐々に弁ハウジングの内面に近づく方向に傾斜した形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の流路切換弁によれば、ピストンが減圧された副弁室側に移動し終わったとき、ピストンの副弁が副弁室側の副弁座部の開口を閉塞するので、この副弁室の減圧が停止されるとともに、副弁座部が副弁に当接して均圧通路を導通し、均圧通路を介して主弁室から副弁室に冷媒が流れるので、主弁室と副弁室との均圧がスムーズに行われる。このように、移動していないときのピストンのシール部材にかかる圧力負荷が無くなり、シール部材のクリープ変形を防ぐことができる。また、ピストンを構成する部材の応力変形も防ぐことができる。したがって、ＣＯ2 冷媒のような超高圧冷媒を使用する流路切換弁として特に適している。
【００１１】
請求項２の流路切換弁によれば、請求項１の効果に加えて、副弁室側が減圧されたとき、この減圧された副弁室と高圧の主弁室との間にあるピストンにおいて、主弁室側の高圧の冷媒がパッキンの傾斜部を弁ハウジングの内面側に押圧するように作用するので、このパッキンにより減圧された副弁室と高圧の主弁室とを確実に封止することができ、ピストン及び主弁体の移動動作が確実になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の流路切換弁、パイロット弁及び冷凍サイクルを示す図である。
【図２】実施形態の流路切換弁の要部断面図である。
【図３】実施形態の流路切換弁の要部作用説明図である。
【図４】実施形態におけるパイロット弁の要部断面図である。
【図５】実施形態におけるパイロット弁の駆動例を示すタイミングチャートである。
【図６】実施形態における流路切換弁のピストンの他の例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について説明する。図１は実施形態の流路切換弁、パイロット弁及び冷凍サイクルを示す図である。この実施形態の流路切換弁１０は四方切換弁であり、この流路切換弁１０は配管によりパイロット弁２０に接続されている。流路切換弁１０において、弁ハウジング１は筒状の形状であり、円筒形状の円筒部１１と円板形状の２つのキャップ部１２，１２とで構成されている。キャップ部１２，１２はそれぞれ円筒部１１の端部を塞ぐように円筒部１１に溶接等により取り付けられており、円筒部１１及びキャップ部１２，１２の中心軸が弁ハウジング１の軸線Ｌ１となっている。キャップ部１２，１２の円筒部１１側には薄型の円形凹部１２１が形成されている。
【００１４】
弁ハウジング１内には、弁ハウジング１の軸線Ｌ上に配置され連結部材３により互いに連結された２つのピストン２，２が収容されている。これにより、円筒部１１の内側とキャップ部１２，１２の円形凹部１２１，１２１で構成される弁ハウジング１の内部は、２つのピストン２，２により、中央部の主弁室１１Ａと主弁室１１Ａの両側の２つの副弁室１２Ａ，１２Ａとに仕切られている。
【００１５】
主弁室１１Ａ内の中間部には主弁座４が配設され、主弁座４上には弁ハウジング１の軸線Ｌ１方向に摺動する主弁体５が配設されている。主弁座４には、弁ハウジング１の軸線Ｌ１方向に一直線上に並んでＥポート４ａ、Ｓポート４ｂ及びＣポート４ｃが形成されており、これらＥポート４ａ、Ｓポート４ｂ、Ｃポート４ｃには、それぞれＥ継手管１３ａ、Ｓ継手管１３ｂ、Ｃ継手管１３ｃが取り付けられている。また、円筒部１１の中間部の主弁座４と対向する位置には、Ｄポート１１ａが形成されており、このＤポート１１ａにはＤ継手管１３ｄが取り付けられている。なお、Ｅ継手管１３ａ及びＣ継手管１３ｃは「切換側配管」に相当し、Ｓ継手管１３ｂは「低圧側配管」に相当し、Ｄ継手管１３ｄは「高圧側配管」に相当する。これにより、主弁室１１Ａには高圧側配管としてのＤ継手管１３ｄが接続され、主弁座４は低圧側配管と２つの切換側配管に接続されている。
【００１６】
連結部材３の中央には弁体嵌合孔３ａが形成され、その両側には透孔３ｂ，３ｃが形成されている。弁体嵌合孔３ａ内には主弁体５が嵌め込まれ、この主弁体５は連結部材３に対して軸線Ｌ方向に僅かに遊びを持って保持されている。そして、主弁体５は、ピストン２，２が移動すると連結部材３に連動して主弁座４上を摺動し、予め定められた左右の位置で停止する。
【００１７】
主弁体５は、お椀状の金属板５１を樹脂製の部材５２と共にインサート成型したものであり、この金属板５１の内側により主弁凹部５Ａが形成されている。そして、主弁体５は、図１の左側の端部位置において、Ｓポート４ｂとＥポート４ａとを主弁凹部５Ａにより連通する。このとき、Ｃポート４ｃは主弁室１１Ａ内で主に透孔３ｃを介してＤポート１１ａに連通する。また、主弁体５は、図１の右側の端部位置において、Ｓポート４ｂとＣポート４ｃとを主弁凹部５Ａにより連通する。このとき、Ｅポート４ａは主弁室１１Ａ内で主に透孔３ｂを介してＤポート１１ａに連通する。
【００１８】
Ｓ継手管１３ｂは低圧管１４ａにより圧縮機３０の吸入口に接続され、Ｄ継手管１３ｄは高圧管１４ｂにより圧縮機３０の吐出口に接続されている。Ｃ継手管１３ｃは導管１４ｃにより室外機４０に接続され、Ｅ継手管１３ａは導管１４ｄにより室内機５０に接続されている。室外機４０と室内機５０は絞り装置６０を介して導管１４ｅにより接続されている。このＣ継手管１３ｃから室外機４０、絞り装置６０、室内機５０及びＥ継手管１３ａからなる経路と、Ｓ継手管１３ｂから圧縮機３０及びＤ継手管１３ｄからなる経路とにより、冷凍サイクルが構成されている。
【００１９】
そして、後述のようにパイロット弁２０により流路切換弁１０の主弁体５の位置が切り換えられる。圧縮機３０で圧縮された高圧の冷媒はＤ継手管１３ｄからＤポート１１ａを介して主弁室１１Ａ内に流入し、図１の冷房運転の状態では、高圧冷媒はＣポート４ｃから室外機４０に流入される。また、主弁体５を切り換えた暖房運転の状態では、高圧冷媒はＥポート４ａから室内機５０に流入される。すなわち、冷房運転時には、圧縮機３０から吐出される冷媒はＣ継手管１３ｃ→室外機４０→絞り装置６０→室内機５０→Ｅ継手管１３ａと循環し、室外機４０が凝縮器（コンデンサ）、室内機５０が蒸発器（エバポレータ）として機能し、冷房がなされる。また、暖房運転時には冷媒は逆に循環され、室内機５０が凝縮器、室外機４０が蒸発器として機能し、暖房がなされる。なお、Ｃポート４ｃ及びＥポート４ａの「Ｃ」，「Ｅ」は冷房運転を基準に付けた名前である。
【００２０】
各キャップ部１２，１２には、円形凹部１２１の中央（軸線Ｌ１上）に内側に突出する副弁座部１２２が形成されている。また、キャップ部１２，１２には、側部から副弁座部１２２の端部１２２ａまで貫通する抽排気通路１２ａが形成されており、この抽排気通路１２ａ，１２ａには導管１５ｆ，１５ｇがそれぞれ接続されている。
【００２１】
図１において、パイロット弁２０は２つの電磁アクチュエータを備えている。このパイロット弁２０は、ブロック状の弁ハウジング６１を有しており、この弁ハウジング６１には、２つのプランジャケース６２，６２が気密に固定され、さらにプランジャケース６２，６２の端部には、吸引子６３，６３が気密に固定されている。また、プランジャケース６２，６２の内部にはプランジャ６５が配設されている。吸引子６３，６３およびプランジャケース６２，６２の外周部には、ボビン７１，７１に巻回された電磁コイル７２，７２が設けられている。そして、電磁コイル７２の励磁により、吸引子６３の内側端面がプランジャ６５に対する磁気吸着面となる。
【００２２】
弁ハウジング６１には、高圧継手管６４ｄ、低圧継手管６４ｂ及び２つの切換継手管６４ａ，６４ｃが取り付けられている。高圧継手管６４ｄは導管１４ｆにより四方切換弁１０のＤ継手管１３ｄに（高圧側）接続され、低圧継手管６４ｂは導管１４ｇにより四方切換弁１０のＳ継手管１３ｂ（低圧側）に接続されている。また、切換継手管６４ａ，６４ｃは導管１４ｈ，１４ｉによりそれぞれ四方切換弁１０の導管１５ｆ，１５ｇに接続されている。なお、高圧継手管６４ｄ、低圧継手管６４ｂ、切換継手管６４ａ，６４ｃと、導管１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉとをそれぞれ同じ部材で構成することも可能である。
【００２３】
図４はパイロット弁２０の要部詳細を示す断面図である。弁ハウジング６１には円筒状のパイロット弁室６１Ａが形成されており、このパイロット弁室６１Ａの両端に前記プランジャケース６２，６２が軸線Ｌ２に対して同軸に嵌め込まれている。プランジャケース６２，６２は円筒形状である。また、パイロット弁室６１Ａ内でプランジャケース６２，６２の間にはパイロット弁座６６が取り付けられており、このパイロット弁座６６の上には、プランジャケース６２，６２の軸線Ｌ２方向に摺動するパイロット弁体６７を備えている。パイロット弁座６６には、軸線Ｌ２方向に一直線上に並んでパイロット切換ポート６１ａ、パイロット低圧ポート６１ｂ及びパイロット切換ポート６１ｃが形成されており、これらパイロット切換ポート６１ａ、パイロット低圧ポート６１ｂ、パイロット切換ポート６１ｃには、前記切換継手管６４ａ、低圧継手管６４ｂ、切換継手管６４ｃが取り付けられている。また、弁ハウジング６１の中間部のパイロット弁座６６と反対側の位置には、パイロット高圧ポート６１ｄが形成されており、このパイロット高圧ポート６１ｄには前記高圧継手管６４ｄが取り付けられている。
【００２４】
プランジャケース６２，６２内には、パイロット弁室６１Ａを貫通するように、前記プランジャ６５が配設されている。プランジャ６５は略円柱状であり、中央の径の小さな小径部６５１と、プランジャケース２，２の内面に整合して小径部６５１の両側に径の大きな大径部６５２，６５２とを有している。また、プランジャ６５は軸線Ｌ２と平行に一部カットされたＤカット面６５ａを有しており、このＤカット面６５ａがパイロット弁座６６に対向している。小径部６５１の中央にはＤカット面６５ａ側から切削により弁体保持孔６５ｂが形成されるとともに、こ弁体保持孔６５ｂからＤカット面６５ａと反対側に連通する連通孔６５ｃが形成されている。弁体保持孔６５ｂ内にはパイロット弁体６７とコイルばね６８が配設されている。
【００２５】
パイロット弁体６７には、パイロット弁座６６側にパイロット凹部６７ａが形成されている。そして、パイロット弁体６７は、図４の左側の端部位置において、パイロット切換ポート６１ａとパイロット低圧ポート６１ｂとをパイロット凹部６７ａにより連通する。このとき、パイロット切換ポート６１ｃはパイロット弁室６１Ａ及び小径部６５１の周囲を介してパイロット高圧ポート６１ｄに連通する。また、パイロット弁体６７は、図４の右側の端部位置において、パイロット切換ポート６１ｃとパイロット低圧ポート６１ｂとをパイロット凹部６７ａにより連通する。このとき、パイロット切換ポート６１ａはパイロット弁室６１Ａ及び小径部６５１の周囲を介してパイロット高圧ポート６１ｄに連通する。
【００２６】
このように、パイロット弁２０は、電磁コイル７２への通電によりプランジャ６５を吸引子６３に吸着させてパイロット弁体６７を軸線Ｌ２に沿って直線運動させる。これにより、パイロット切換ポート６１ａから四方切換弁１０の左側の副弁室１２Ａに高圧冷媒を供給するとともに右側の副弁室１２Ａを減圧する状態と、パイロット切換ポート６１ｃから四方切換弁１０の右側の副弁室１２Ａに高圧冷媒を供給するとともに左側の副弁室１２Ａを減圧する状態とを切り換え、冷凍サイクルの流路を切り換える。
【００２７】
なお、パイロット弁体６７は、コイルばね６８によりパイロット弁座６６３に押圧され、パイロット弁体６７とパイロット弁座６６との間のシール性が高められる。また、パイロット弁座６６は金属製の部材であり、パイロット弁体６７は樹脂製の部材である。このため、パイロット弁体６７の樹脂可塑性により、パイロット弁体６７とパイロット弁座６６との間のシール性がさらに高められる。この高いシール性は、冷媒として超高圧ＣＯ2を用いる場合に特に有効である。
【００２８】
図５は２つの電磁コイル７２，７２への通電制御の例を示すタイミングチャートである。図１において左側の電磁コイル７２を「コイルＡ」、右側の電磁コイル７２を「コイルＢ」とする。図５(A) のように、コイルＡに通電しているとき（ＯＮのとき）、コイルＢを非通電（ＯＦＦ）とする。これにより、パイロット弁体６７の位置が左側（通電した電磁コイル７２側）に位置する。そして、パイロット高圧ポート６１ｄとパイロット切換ポート６１ｃが連通し、パイロット切換ポート６１ａとパイロット低圧ポート６１ｂが連通する。コイルＡを非通電（ＯＦＦ）しても、パイロット弁体６７の位置はそのまま保持される。次に、コイルＡが非通電の状態で、コイルＢに通電（ＯＮ）すると、パイロット弁体６７の位置が右側（通電した電磁コイル７２側）に位置する。そして、パイロット高圧ポート６１ｄとパイロット切換ポート６１ａが連通し、パイロット切換ポート６１ｃとパイロット低圧ポート６１ｂが連通する。コイルＢを非通電（ＯＦＦ）しても、パイロット弁体６７の位置はそのまま保持される。なお、図５(B) のように、電磁コイル７２への通電を行ってパイロット弁体６７の位置を切り換え、その後、次の切り換えまでの間、保持電圧を印加し、保持電流を流すようにしてもよい。
【００２９】
この実施形態のパイロット弁２０は、弁ハウジング６１に同軸に取り付けた２つのプランジャケース６２，６２内に、パイロット弁体６７を保持するプランジャ６５が配設され、パイロット弁体６７は複数の継手に接続されたパイロット弁座６６上でプランジャ６５と共に軸線Ｌ２方向に摺動自在とされ、プランジャケース６２，６２の端部に吸引子６３，６３が気密に固定されるとともに、吸引子６３，６３およびプランジャケース６２，６２の外周部に電磁コイル７２，７２がそれぞれ設けられ、該電磁コイル７２，７２の何れか一方に通電し、他方を非通電とすることにより、通電した電磁コイル７２の励磁により吸引子６３にプランジャ６５を吸着させて、パイロット弁体６７により、複数の配管の冷媒の流れを切り換えるようにしている。
【００３０】
この実施形態のパイロット弁２０は、例えば特開平８−１７０８６５号公報に開示されているパイロット弁よりも優れている。この従来のパイロット弁は、一つの電磁アクチュエータへの通電によりパイロット弁体を一方に移動し、電磁アクチュエータへの通電を遮断して、ばねの付勢力によりパイロット弁体を他方に移動するようにしている。このため、パイロット弁体に作用する冷媒の高差圧のため、このパイロット弁体を駆動するためには、電磁アクチュエータの駆動力とばね力を大きくしなければならなかった。また、ばね力が電磁アクチュエータの発生する力を阻害し、吸引力の効率を落としていた。
【００３１】
これに対し、実施形態のパイロット弁２０では、ばねを無くして、対向する２つの電磁アクチュエータを備え、この２つの電磁アクチュエータを相互に切り換えて駆動させることで、ばね力による効率低下が無く、小型で安価な電磁アクチュエータで高差圧が作用するパイロット弁体を駆動することができる。また、パイロット弁体に差圧が発生している状態では、コイルの通電をＯＦＦしてもパイロット弁体の位置が変わらないため、無電圧のラッチ機構が可能となり、省エネ性を向上させることができる。さらに、従来のものでは、弱い電圧で吸着力が低下した場合に、ばね力とのバランスにより磁気音が発生していたが、実施形態のパイロット弁２０では、ばねが無いために磁気音の発生を低減することができる。
【００３２】
このようにパイロット弁２０は高圧継手管６４ｄから流入する高圧冷媒を切換継手管６４ａまたは切換継手管６４ｃから流出し、この高圧冷媒は四方切換弁１０において左側の副弁室１２Ａまたは右側の副弁室１２Ａに供給される。このとき、四方切換弁１０の右側の副弁室１２Ａ，または左側の副弁室１２Ａは低圧継手管６４ｂを介して低圧側に導通される。これにより、パイロット弁２０により、四方切換弁１０において、一方の副弁室１２Ａが高圧になるとともに、他方の副弁室１２Ａが減圧される。なお、主弁室１１Ａには常に高圧冷媒が供給されている。したがって、減圧された副弁室１２Ａの圧力と主弁室１１Ａの高圧の圧力との差圧が減圧された副弁室１２Ａ側のピストン２に加わり、主にこの差圧によりピストン２及び主弁体５が減圧された副弁室１２Ａ側に移動し、この主弁体５の位置が切り換えられる。
【００３３】
ここで、各ピストン２，２は、図１において鏡映対称な構造になっている。以下、図２に基づいて左側のピストン２を例に詳細構造を説明する。ピストン２は、連結部材３に固定される固定円板２１と、板ばね２２と、パッキン２３と、円板状のストッパ板２４と、副弁２５と、コイルばね２６とを備えており、これらの部材は軸線Ｌ１を中心として同軸に配置されている。
【００３４】
板ばね２２は、弾性変形自在な薄手の板金で構成され、円板状の円板部２２１と傾斜付勢部２２２とを一体に備えている。円板部２２１は、その外径が、固定円板２１と略同径である。傾斜付勢部２２２は、円環状に形成され、かつ円板部２２１の外縁の全周に亘って設けられている。傾斜付勢部２２２は、円板部２２１の外縁から円筒部１１（弁ハウジング１）の中央側に向かって延在している。即ち、傾斜付勢部２２２は、その断面形が弁ハウジング１の中央側に向かうにしたがって徐々に弁ハウジング１の内面に近づく方向に、軸線Ｌ１の方向と径方向との双方に対して傾斜している。
【００３５】
パッキン２３は合成樹脂で構成され、円板状の円板部２３１と傾斜部２３２とを一体に備えている。円板部２３１は、その外径が固定円板２１と略同径である。傾斜部２３２は、円環状に形成され、かつ円板部２３１の外縁の全周に亘って設けられている。傾斜部２３２は、円板部２３１の外縁から円筒部１１（弁ハウジング１）の中央側に向かって延在している。即ち、傾斜部２３２は、その断面形が弁ハウジング１の中央側に向かうにしたがって徐々に弁ハウジング１の内面に近づく方向に、軸線Ｌ１の方向と径方向との双方に対して傾斜している。
【００３６】
このように、板ばね２２とパッキン２３は略同形状とされ、板ばね２２はパッキン２３の内側に配置され、円板部２２１，２３１の部分で固定円板２１とストッパ板２４との間に挟まれて、それぞれ固定されている。板ばね２２は、傾斜付勢部２２２の円板部２２１から離れた側の端が、パッキン２３の傾斜部２３２を介して、この傾斜部２３２が弁ハウジング１の内面に摺接するように、弾性変形自在となっている。また、板ばね２２は、弁ハウジング１の内面から離れるパッキン２３の傾斜部２３２を、弁ハウジング１の内面に向かって付勢する弾性復元力を生じる。そして、板ばね２２は、弁ハウジング１（円筒部１１）に組み込まれた状態では、傾斜付勢部２２２の円板部２２１から離れた側の端が、パッキン２３の傾斜部２３２を弁ハウジング１の内面に向かって押圧している。これにより、主弁室１１Ａ内の高圧冷媒に対してパッキン２３は円筒部１１の内周面で確実にシールする。
【００３７】
各ピストン２において、固定円板２１、板ばね２２、パッキン２３及びストッパ板２４には、中心にそれぞれ円形の孔２１ａ、２２ａ、２３ａ及び２４ａが形成されている。また、連結部材３の固定円板２１側には円形の孔３ｄが形成されており、この連結部材３の孔３ｄは通路３ｅを介して前記透孔３ｂ（右側においては透孔３ｃ）に連通している。このうち、連結部材３の孔３ｄ、固定円板２１の孔２１ａ、板ばね２２の孔２２ａ及びパッキン２３の孔２３ａは略同径になっており、ストッパ板２４の孔２４ａはこれより小さな径になっている。これらの孔２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ及び３ｄは「均圧通路」を構成しており、この孔２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ及び３ｄ内に、副弁２５がその外周に隙間を設けて配設されている。
【００３８】
副弁２５は、円柱状の大径部２５１と、円柱状の小径部２５２と、円柱状のボス部２５３とから構成され、大径部２５１は孔２１ａ，２２ａ，２３ａ内に、小径部２５２は孔２４ａ内に挿通されている。また、コイルばね２６が連結部材３の孔３ｄ内でボス部２５３に嵌め込まれ、副弁２５はこのコイルばね２６によりキャップ部１２側に付勢されている。大径部２５１と小径部２５２はその境界により段差端面２５ａを形成している。
【００３９】
この副弁２５の作用は以下のようになる。一方の副弁室１２Ａに低圧を導入して、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの圧力差が発生するに伴い、副弁２５を含んだピストン２全体が低圧側副弁室１２Ａ（キャップ部１２）に向かって移動を始め、ストッパ板２４がキャップ部１２に当接するとピストン２は停止する。このピストン２の移動過程で、まず副弁２５の端部（小径部２５２）が副弁座部１２２に接する。このとき、副弁室１２Ａに設けられている抽排気通路１２ａが閉塞される。副弁２５の端部が副弁座部１２２に接した後も、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの圧力差がコイルばね２６の付勢力に打ち勝ってピストン２がさらに移動し、キャップ部１２にピストン２を構成するストッパ板２４が当接するまで移動を続ける。この移動区間においては、常に副弁２５の段差端面２５ａとストッパ板２４との間に隙間を生じるため、この隙間を通って主弁室１１Ａから副弁室１２Ａに向かって冷媒が流れることで均圧に近づいていく。ピストン２は、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとが均圧になった時点で、コイルばね２６による押し戻し力と、ピストン２と円筒部１１の内周との摩擦力等の力のバランスが保たれた位置で静止する。なお、この状態で反対側の副弁室１２Ａが減圧されて、ピストン２がキャップ部１２から離れると、コイルばね２６の付勢力により副弁２５は弁座１２２に接触した状態でストッパ板２４が段差端面２５ａに当接し、その後、副弁２５を含むピストン２の移動が続けられる。
【００４０】
図３は副弁２５及び孔２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ及び３ｄで構成される均圧通路の作用を説明する図である。図３(A) は副弁２５が副弁座部１２２から離間した状態であり、図１において主弁体５が右側に移動する過程、または主弁体５が弁ハウジング１の中央側から左側に移動する過程に対応している。このときは、副弁２５の段差端面２５ａがストッパ板２４に当接しており、ストッパ板２４の孔２４ａと、パッキン２３の孔２３ａ及び固定円板２１の孔２１ａとの導通を遮断している。すなわち、均圧通路が閉塞された状態である。
【００４１】
図３(B) は副弁２５が副弁座部１２２に当接した前記図２の状態に対応している。このときは、副弁２５の小径部２５２が副弁座部１２２の抽排気通路１２ａを閉塞し、かつ、ストッパ板２４が副弁２５の段差端面２５ａから離間して、ストッパ板２４の孔２４ａ、パッキン２３の孔２３ａ、固定円板２１の孔２１ａ及び連結部材３の孔３ｄが導通している。すなわち、均圧通路が導通された状態である。これにより、図３(B) に破線の矢印で示したように、主弁室１１Ａ内の高圧冷媒が、連結部材３の透孔３ｂ（図２）、通路３ｅ、孔３ｄ、固定円板２１の孔２１ａ、板ばね２２の孔２２ａ、パッキン２３の孔２３ａ及びストッパ板２４の孔２４ａを介して、副弁室１２Ａ内に流入する。そして、副弁座部１２２の抽排気通路１２ａを閉塞されているので、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの圧力が均圧し、この冷媒の流入は停止する。
【００４２】
このように、均圧通路を介して主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの均圧が速やかに行われるので、パッキン２３への冷媒圧力が影響しない状態に速やかに移行することができる。また、この実施形態では、パッキン２３の傾斜部２３２が、円板部２３１の外縁から円筒部１１の中央側に向かって延在し、その断面形が弁ハウジング１の中央側に向かうにしたがって徐々に弁ハウジング１の内面に近づく方向に傾斜しているので、主弁室１１Ａの高圧を確実に保持することができる。
【００４３】
図６はピストンの他の実施形態を示し、図２と同じ要素には同符号を付記してその説明は省略する。このピストン２′は、円板状のストッパ板２７を連結部材３に固定するとともにストッパ板２７の外周に、円筒部１１の内面に摺接するリング状のパッキン２８を嵌め込んだものである。また、ストッパ板２７の中心に副弁２５の大径部２５１に対応する大孔２７ａと、小径部２５２に対応する小孔２７ｂを形成し、この大孔２７ａ及び小孔２７ｂ内に、副弁２５が隙間を設けて配設されている。この大孔２７ａ及び小孔２７ｂは「均圧通路」を構成している。そして、副弁２５が副弁座部１２２に当接し、ストッパ板２７がキャップ部１２に当接するまで移動すると、この移動過程で、大孔２７ａと小孔２７ｂとの境界の端面が副弁２５の段差端面２５ａから離間して上記均圧通路を導通状態とする。また、この状態から、ストッパ板２７がキャップ部１２から離れると、ストッパ板２７が段差端面２５ａに当接し、上記均圧通路を閉塞状態とする。この副弁２５及び均圧通路の作用は前記実施形態と同様である。
【００４４】
前述した実施形態は、冷媒（流体）として使用圧力の高い二酸化炭素の場合特に有効であるが、ＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロフルオロ・カーボン）やＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）等の各種冷媒を用いても良い。また、本発明では、副弁２５について、前述した実施形態以外に、玉（球）状に形成してもよく、副弁２５を付勢しているコイルばね２６についても、これの代わりに板ばねを用いてもよい。
【００４５】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 弁ハウジング
２ ピストン
３ 連結部材
４ 主弁座
５ 主弁体
５Ａ 主弁凹部
１１ 円筒部
１１Ａ 主弁室
１２ キャップ部
１２Ａ 副弁室
１２ 主弁座
１２ａ 抽排気通路
１２２ 副弁座部
１３ａ Ｅ継手管
１３ｂ Ｓ継手管
１３ｃ Ｃ継手管
１３ｄ Ｄ継手管
２５ 副弁
２１ａ 孔（均圧通路）
２２ａ 孔（均圧通路）
２３ａ 孔（均圧通路）
２４ａ 孔（均圧通路）
１０ 流路切換弁
２０ パイロット弁
３０ 圧縮機
４０ 室外機
５０ 室内機
６０ 絞り装置
Ｌ１ 軸線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機等の冷凍サイクルに用いられ、冷媒の流路を切り換える流路切換弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空気調和機等においては冷凍サイクルの冷媒の流路を切り換えることで冷房運転と暖房運転とが切り換えられる。このような冷凍サイクルでは、圧縮機と、凝縮器又は蒸発器として用いられる二つの熱交換器と、これら圧縮機と二つの熱交換器との間の冷媒の流れる流路を切り換える流路切換弁が用いられる。
【０００３】
この種の流路切換弁として、例えば特開２００９−６８６９５号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この流路切換弁は、筒状の弁ハウジング（弁本体）内に、２つのピストンと主弁体とを連結したピストン本体を収容し、主弁体を弁ハウジング内の弁座に対して軸線方向に摺動させて複数の配管に流れる冷媒の流路を切り換えるものである。この流路の切換時には、２つのピストン間の主弁室の冷媒の圧力と、ピストンの外側の副弁室の冷媒の圧力との差圧によりピストン本体を移動させるものである。
【０００４】
また、この特許文献１の流路切換弁は、ピストン本体を移動させたとき、ピストンに配置した第２弁体（玉）を、弁ハウジングの端部キャップに設けられた弁座に接触させ、この弁座に設けた抽排気管を塞ぐことにより、高圧側の主弁室と低圧側の副弁室とを均圧し、ピストンのパッキンに作用する差圧を低減するようにしている。これにより、特に流体がＣＯ2 のような超高圧の冷媒の場合にも、ピストンの耐久性を得るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−６８６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の流路切換弁においては、ピストンのパッキンの周囲に環状の傾斜部を備えており、その断面形が弁ハウジングの端に向かうにしたがって徐々に弁ハウジングの内面に近づく方向に傾斜した形状となっている。そして、主弁室側が高圧の状態、副弁室側が低圧の状態で、第２弁体により抽排気管を塞いだ後、主弁室と副弁室とが均圧するとき、主弁室側の高圧の冷媒がパッキンの傾斜部と弁ハウジングの内面との間から副弁室に漏れ出すように構成されている。このため、主弁室と副弁室とをスムーズに均圧するのが困難であり、改良の余地を残している。
【０００７】
本発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたものであり、筒状の弁ハウジング内に、２つのピストンと主弁体とを連結して収容し、ピストンの内側の主弁室とピストンの外側の副弁室との冷媒の差圧により主弁体を弁座に対して摺動させて複数の配管に流れる冷媒の流路を切り換える流路切換弁において、主弁体の移動後に主弁室と副弁室とを確実に均圧させ、ピストンの耐久性を得ることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の流路切換弁は、筒状の弁ハウジング内に該弁ハウジングの軸線上に配置され互いに連結された２つのピストンを収容し、前記２つのピストンにより、前記弁ハウジング内を高圧側配管が接続される中央部の主弁室と該主弁室の両側の２つの副弁室とに仕切り、低圧側配管と２つの切換側配管に接続される主弁座を前記主弁室内に配置するとともに、前記主弁座に対して前記軸線方向に摺動可能な主弁体を前記ピストンに連結して配置し、前記２つの副弁室の何れか一方に高圧冷媒を導入するとともに、他方の副弁室を減圧することで、該減圧された副弁室内と前記主弁室内との差圧により前記ピストン及び主弁体を該副弁室側に移動して、該主弁体の凹部により前記低圧側配管を前記２つの切換側配管の何れか一方に択一的に連通させるとともに他方の切換側配管を前記主弁室を介して前記高圧側配管に連通し、冷媒の流れを切り換える流路切換弁において、前記弁ハウジング内部の両端に、前記主弁室側に突出する副弁座部であって前記冷媒の通路となる抽排気通路を弁ハウジング内に開口させた副弁座部が形成され、前記各ピストンに、前記副弁座部に対応する前記軸線上に、前記主弁室と前記副弁室とを連通可能にした均圧通路が形成されるとともに、該均圧通路内に配設された副弁であって該均圧通路に対する前記軸線方向の移動により当該均圧通路の導通と閉塞とを切り換える副弁が配設され、前記ピストンが前記減圧された副弁室側に移動し終わったとき、該ピストンの前記副弁が、該副弁室側の前記副弁座部の開口を閉塞し、かつ、該副弁座部が該副弁に当接することにより前記均圧通路を導通して、該均圧通路を介して前記減圧された副弁室と前記主弁室とを均圧するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の流路切換弁は、請求項１に記載の流路切換弁であって、前記ピストンが、前記弁ハウジングの内面に接触するパッキンを有し、該パッキンの外周に弁ハウジングの中央部側に環状に延びる傾斜部が形成され、該傾斜部はその断面形が前記弁ハウジングの中央部に向かうにしたがって徐々に弁ハウジングの内面に近づく方向に傾斜した形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の流路切換弁によれば、ピストンが減圧された副弁室側に移動し終わったとき、ピストンの副弁が副弁室側の副弁座部の開口を閉塞するので、この副弁室の減圧が停止されるとともに、副弁座部が副弁に当接して均圧通路を導通し、均圧通路を介して主弁室から副弁室に冷媒が流れるので、主弁室と副弁室との均圧がスムーズに行われる。このように、移動していないときのピストンのシール部材にかかる圧力負荷が無くなり、シール部材のクリープ変形を防ぐことができる。また、ピストンを構成する部材の応力変形も防ぐことができる。したがって、ＣＯ2 冷媒のような超高圧冷媒を使用する流路切換弁として特に適している。
【００１１】
請求項２の流路切換弁によれば、請求項１の効果に加えて、副弁室側が減圧されたとき、この減圧された副弁室と高圧の主弁室との間にあるピストンにおいて、主弁室側の高圧の冷媒がパッキンの傾斜部を弁ハウジングの内面側に押圧するように作用するので、このパッキンにより減圧された副弁室と高圧の主弁室とを確実に封止することができ、ピストン及び主弁体の移動動作が確実になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の流路切換弁、パイロット弁及び冷凍サイクルを示す図である。
【図２】実施形態の流路切換弁の要部断面図である。
【図３】実施形態の流路切換弁の要部作用説明図である。
【図４】実施形態におけるパイロット弁の要部断面図である。
【図５】実施形態におけるパイロット弁の駆動例を示すタイミングチャートである。
【図６】実施形態における流路切換弁のピストンの他の例を示す要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について説明する。図１は実施形態の流路切換弁、パイロット弁及び冷凍サイクルを示す図である。この実施形態の流路切換弁１０は四方切換弁であり、この流路切換弁１０は配管によりパイロット弁２０に接続されている。流路切換弁１０において、弁ハウジング１は筒状の形状であり、円筒形状の円筒部１１と円板形状の２つのキャップ部１２，１２とで構成されている。キャップ部１２，１２はそれぞれ円筒部１１の端部を塞ぐように円筒部１１に溶接等により取り付けられており、円筒部１１及びキャップ部１２，１２の中心軸が弁ハウジング１の軸線Ｌ１となっている。キャップ部１２，１２の円筒部１１側には薄型の円形凹部１２１が形成されている。
【００１４】
弁ハウジング１内には、弁ハウジング１の軸線Ｌ上に配置され連結部材３により互いに連結された２つのピストン２，２が収容されている。これにより、円筒部１１の内側とキャップ部１２，１２の円形凹部１２１，１２１で構成される弁ハウジング１の内部は、２つのピストン２，２により、中央部の主弁室１１Ａと主弁室１１Ａの両側の２つの副弁室１２Ａ，１２Ａとに仕切られている。
【００１５】
主弁室１１Ａ内の中間部には主弁座４が配設され、主弁座４上には弁ハウジング１の軸線Ｌ１方向に摺動する主弁体５が配設されている。主弁座４には、弁ハウジング１の軸線Ｌ１方向に一直線上に並んでＥポート４ａ、Ｓポート４ｂ及びＣポート４ｃが形成されており、これらＥポート４ａ、Ｓポート４ｂ、Ｃポート４ｃには、それぞれＥ継手管１３ａ、Ｓ継手管１３ｂ、Ｃ継手管１３ｃが取り付けられている。また、円筒部１１の中間部の主弁座４と対向する位置には、Ｄポート１１ａが形成されており、このＤポート１１ａにはＤ継手管１３ｄが取り付けられている。なお、Ｅ継手管１３ａ及びＣ継手管１３ｃは「切換側配管」に相当し、Ｓ継手管１３ｂは「低圧側配管」に相当し、Ｄ継手管１３ｄは「高圧側配管」に相当する。これにより、主弁室１１Ａには高圧側配管としてのＤ継手管１３ｄが接続され、主弁座４は低圧側配管と２つの切換側配管に接続されている。
【００１６】
連結部材３の中央には弁体嵌合孔３ａが形成され、その両側には透孔３ｂ，３ｃが形成されている。弁体嵌合孔３ａ内には主弁体５が嵌め込まれ、この主弁体５は連結部材３に対して軸線Ｌ方向に僅かに遊びを持って保持されている。そして、主弁体５は、ピストン２，２が移動すると連結部材３に連動して主弁座４上を摺動し、予め定められた左右の位置で停止する。
【００１７】
主弁体５は、お椀状の金属板５１を樹脂製の部材５２と共にインサート成型したものであり、この金属板５１の内側により主弁凹部５Ａが形成されている。そして、主弁体５は、図１の左側の端部位置において、Ｓポート４ｂとＥポート４ａとを主弁凹部５Ａにより連通する。このとき、Ｃポート４ｃは主弁室１１Ａ内で主に透孔３ｃを介してＤポート１１ａに連通する。また、主弁体５は、図１の右側の端部位置において、Ｓポート４ｂとＣポート４ｃとを主弁凹部５Ａにより連通する。このとき、Ｅポート４ａは主弁室１１Ａ内で主に透孔３ｂを介してＤポート１１ａに連通する。
【００１８】
Ｓ継手管１３ｂは低圧管１４ａにより圧縮機３０の吸入口に接続され、Ｄ継手管１３ｄは高圧管１４ｂにより圧縮機３０の吐出口に接続されている。Ｃ継手管１３ｃは導管１４ｃにより室外機４０に接続され、Ｅ継手管１３ａは導管１４ｄにより室内機５０に接続されている。室外機４０と室内機５０は絞り装置６０を介して導管１４ｅにより接続されている。このＣ継手管１３ｃから室外機４０、絞り装置６０、室内機５０及びＥ継手管１３ａからなる経路と、Ｓ継手管１３ｂから圧縮機３０及びＤ継手管１３ｄからなる経路とにより、冷凍サイクルが構成されている。
【００１９】
そして、後述のようにパイロット弁２０により流路切換弁１０の主弁体５の位置が切り換えられる。圧縮機３０で圧縮された高圧の冷媒はＤ継手管１３ｄからＤポート１１ａを介して主弁室１１Ａ内に流入し、図１の冷房運転の状態では、高圧冷媒はＣポート４ｃから室外機４０に流入される。また、主弁体５を切り換えた暖房運転の状態では、高圧冷媒はＥポート４ａから室内機５０に流入される。すなわち、冷房運転時には、圧縮機３０から吐出される冷媒はＣ継手管１３ｃ→室外機４０→絞り装置６０→室内機５０→Ｅ継手管１３ａと循環し、室外機４０が凝縮器（コンデンサ）、室内機５０が蒸発器（エバポレータ）として機能し、冷房がなされる。また、暖房運転時には冷媒は逆に循環され、室内機５０が凝縮器、室外機４０が蒸発器として機能し、暖房がなされる。なお、Ｃポート４ｃ及びＥポート４ａの「Ｃ」，「Ｅ」は冷房運転を基準に付けた名前である。
【００２０】
各キャップ部１２，１２には、円形凹部１２１の中央（軸線Ｌ１上）に内側に突出する副弁座部１２２が形成されている。また、キャップ部１２，１２には、側部から副弁座部１２２の端部１２２ａまで貫通する抽排気通路１２ａが形成されており、この抽排気通路１２ａ，１２ａには導管１５ｆ，１５ｇがそれぞれ接続されている。
【００２１】
図１において、パイロット弁２０は２つの電磁アクチュエータを備えている。このパイロット弁２０は、ブロック状の弁ハウジング６１を有しており、この弁ハウジング６１には、２つのプランジャケース６２，６２が気密に固定され、さらにプランジャケース６２，６２の端部には、吸引子６３，６３が気密に固定されている。また、プランジャケース６２，６２の内部にはプランジャ６５が配設されている。吸引子６３，６３およびプランジャケース６２，６２の外周部には、ボビン７１，７１に巻回された電磁コイル７２，７２が設けられている。そして、電磁コイル７２の励磁により、吸引子６３の内側端面がプランジャ６５に対する磁気吸着面となる。
【００２２】
弁ハウジング６１には、高圧継手管６４ｄ、低圧継手管６４ｂ及び２つの切換継手管６４ａ，６４ｃが取り付けられている。高圧継手管６４ｄは導管１４ｆにより四方切換弁１０のＤ継手管１３ｄに（高圧側）接続され、低圧継手管６４ｂは導管１４ｇにより四方切換弁１０のＳ継手管１３ｂ（低圧側）に接続されている。また、切換継手管６４ａ，６４ｃは導管１４ｈ，１４ｉによりそれぞれ四方切換弁１０の導管１５ｆ，１５ｇに接続されている。なお、高圧継手管６４ｄ、低圧継手管６４ｂ、切換継手管６４ａ，６４ｃと、導管１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉとをそれぞれ同じ部材で構成することも可能である。
【００２３】
図４はパイロット弁２０の要部詳細を示す断面図である。弁ハウジング６１には円筒状のパイロット弁室６１Ａが形成されており、このパイロット弁室６１Ａの両端に前記プランジャケース６２，６２が軸線Ｌ２に対して同軸に嵌め込まれている。プランジャケース６２，６２は円筒形状である。また、パイロット弁室６１Ａ内でプランジャケース６２，６２の間にはパイロット弁座６６が取り付けられており、このパイロット弁座６６の上には、プランジャケース６２，６２の軸線Ｌ２方向に摺動するパイロット弁体６７を備えている。パイロット弁座６６には、軸線Ｌ２方向に一直線上に並んでパイロット切換ポート６１ａ、パイロット低圧ポート６１ｂ及びパイロット切換ポート６１ｃが形成されており、これらパイロット切換ポート６１ａ、パイロット低圧ポート６１ｂ、パイロット切換ポート６１ｃには、前記切換継手管６４ａ、低圧継手管６４ｂ、切換継手管６４ｃが取り付けられている。また、弁ハウジング６１の中間部のパイロット弁座６６と反対側の位置には、パイロット高圧ポート６１ｄが形成されており、このパイロット高圧ポート６１ｄには前記高圧継手管６４ｄが取り付けられている。
【００２４】
プランジャケース６２，６２内には、パイロット弁室６１Ａを貫通するように、前記プランジャ６５が配設されている。プランジャ６５は略円柱状であり、中央の径の小さな小径部６５１と、プランジャケース２，２の内面に整合して小径部６５１の両側に径の大きな大径部６５２，６５２とを有している。また、プランジャ６５は軸線Ｌ２と平行に一部カットされたＤカット面６５ａを有しており、このＤカット面６５ａがパイロット弁座６６に対向している。小径部６５１の中央にはＤカット面６５ａ側から切削により弁体保持孔６５ｂが形成されるとともに、こ弁体保持孔６５ｂからＤカット面６５ａと反対側に連通する連通孔６５ｃが形成されている。弁体保持孔６５ｂ内にはパイロット弁体６７とコイルばね６８が配設されている。
【００２５】
パイロット弁体６７には、パイロット弁座６６側にパイロット凹部６７ａが形成されている。そして、パイロット弁体６７は、図４の左側の端部位置において、パイロット切換ポート６１ａとパイロット低圧ポート６１ｂとをパイロット凹部６７ａにより連通する。このとき、パイロット切換ポート６１ｃはパイロット弁室６１Ａ及び小径部６５１の周囲を介してパイロット高圧ポート６１ｄに連通する。また、パイロット弁体６７は、図４の右側の端部位置において、パイロット切換ポート６１ｃとパイロット低圧ポート６１ｂとをパイロット凹部６７ａにより連通する。このとき、パイロット切換ポート６１ａはパイロット弁室６１Ａ及び小径部６５１の周囲を介してパイロット高圧ポート６１ｄに連通する。
【００２６】
このように、パイロット弁２０は、電磁コイル７２への通電によりプランジャ６５を吸引子６３に吸着させてパイロット弁体６７を軸線Ｌ２に沿って直線運動させる。これにより、パイロット切換ポート６１ａから四方切換弁１０の左側の副弁室１２Ａに高圧冷媒を供給するとともに右側の副弁室１２Ａを減圧する状態と、パイロット切換ポート６１ｃから四方切換弁１０の右側の副弁室１２Ａに高圧冷媒を供給するとともに左側の副弁室１２Ａを減圧する状態とを切り換え、冷凍サイクルの流路を切り換える。
【００２７】
なお、パイロット弁体６７は、コイルばね６８によりパイロット弁座６６３に押圧され、パイロット弁体６７とパイロット弁座６６との間のシール性が高められる。また、パイロット弁座６６は金属製の部材であり、パイロット弁体６７は樹脂製の部材である。このため、パイロット弁体６７の樹脂可塑性により、パイロット弁体６７とパイロット弁座６６との間のシール性がさらに高められる。この高いシール性は、冷媒として超高圧ＣＯ2を用いる場合に特に有効である。
【００２８】
図５は２つの電磁コイル７２，７２への通電制御の例を示すタイミングチャートである。図１において左側の電磁コイル７２を「コイルＡ」、右側の電磁コイル７２を「コイルＢ」とする。図５(A) のように、コイルＡに通電しているとき（ＯＮのとき）、コイルＢを非通電（ＯＦＦ）とする。これにより、パイロット弁体６７の位置が左側（通電した電磁コイル７２側）に位置する。そして、パイロット高圧ポート６１ｄとパイロット切換ポート６１ｃが連通し、パイロット切換ポート６１ａとパイロット低圧ポート６１ｂが連通する。コイルＡを非通電（ＯＦＦ）しても、パイロット弁体６７の位置はそのまま保持される。次に、コイルＡが非通電の状態で、コイルＢに通電（ＯＮ）すると、パイロット弁体６７の位置が右側（通電した電磁コイル７２側）に位置する。そして、パイロット高圧ポート６１ｄとパイロット切換ポート６１ａが連通し、パイロット切換ポート６１ｃとパイロット低圧ポート６１ｂが連通する。コイルＢを非通電（ＯＦＦ）しても、パイロット弁体６７の位置はそのまま保持される。なお、図５(B) のように、電磁コイル７２への通電を行ってパイロット弁体６７の位置を切り換え、その後、次の切り換えまでの間、保持電圧を印加し、保持電流を流すようにしてもよい。
【００２９】
この実施形態のパイロット弁２０は、弁ハウジング６１に同軸に取り付けた２つのプランジャケース６２，６２内に、パイロット弁体６７を保持するプランジャ６５が配設され、パイロット弁体６７は複数の継手に接続されたパイロット弁座６６上でプランジャ６５と共に軸線Ｌ２方向に摺動自在とされ、プランジャケース６２，６２の端部に吸引子６３，６３が気密に固定されるとともに、吸引子６３，６３およびプランジャケース６２，６２の外周部に電磁コイル７２，７２がそれぞれ設けられ、該電磁コイル７２，７２の何れか一方に通電し、他方を非通電とすることにより、通電した電磁コイル７２の励磁により吸引子６３にプランジャ６５を吸着させて、パイロット弁体６７により、複数の配管の冷媒の流れを切り換えるようにしている。
【００３０】
この実施形態のパイロット弁２０は、例えば特開平８−１７０８６５号公報に開示されているパイロット弁よりも優れている。この従来のパイロット弁は、一つの電磁アクチュエータへの通電によりパイロット弁体を一方に移動し、電磁アクチュエータへの通電を遮断して、ばねの付勢力によりパイロット弁体を他方に移動するようにしている。このため、パイロット弁体に作用する冷媒の高差圧のため、このパイロット弁体を駆動するためには、電磁アクチュエータの駆動力とばね力を大きくしなければならなかった。また、ばね力が電磁アクチュエータの発生する力を阻害し、吸引力の効率を落としていた。
【００３１】
これに対し、実施形態のパイロット弁２０では、ばねを無くして、対向する２つの電磁アクチュエータを備え、この２つの電磁アクチュエータを相互に切り換えて駆動させることで、ばね力による効率低下が無く、小型で安価な電磁アクチュエータで高差圧が作用するパイロット弁体を駆動することができる。また、パイロット弁体に差圧が発生している状態では、コイルの通電をＯＦＦしてもパイロット弁体の位置が変わらないため、無電圧のラッチ機構が可能となり、省エネ性を向上させることができる。さらに、従来のものでは、弱い電圧で吸着力が低下した場合に、ばね力とのバランスにより磁気音が発生していたが、実施形態のパイロット弁２０では、ばねが無いために磁気音の発生を低減することができる。
【００３２】
このようにパイロット弁２０は高圧継手管６４ｄから流入する高圧冷媒を切換継手管６４ａまたは切換継手管６４ｃから流出し、この高圧冷媒は四方切換弁１０において左側の副弁室１２Ａまたは右側の副弁室１２Ａに供給される。このとき、四方切換弁１０の右側の副弁室１２Ａ，または左側の副弁室１２Ａは低圧継手管６４ｂを介して低圧側に導通される。これにより、パイロット弁２０により、四方切換弁１０において、一方の副弁室１２Ａが高圧になるとともに、他方の副弁室１２Ａが減圧される。なお、主弁室１１Ａには常に高圧冷媒が供給されている。したがって、減圧された副弁室１２Ａの圧力と主弁室１１Ａの高圧の圧力との差圧が減圧された副弁室１２Ａ側のピストン２に加わり、主にこの差圧によりピストン２及び主弁体５が減圧された副弁室１２Ａ側に移動し、この主弁体５の位置が切り換えられる。
【００３３】
ここで、各ピストン２，２は、図１において鏡映対称な構造になっている。以下、図２に基づいて左側のピストン２を例に詳細構造を説明する。ピストン２は、連結部材３に固定される固定円板２１と、板ばね２２と、パッキン２３と、円板状のストッパ板２４と、副弁２５と、コイルばね２６とを備えており、これらの部材は軸線Ｌ１を中心として同軸に配置されている。
【００３４】
板ばね２２は、弾性変形自在な薄手の板金で構成され、円板状の円板部２２１と傾斜付勢部２２２とを一体に備えている。円板部２２１は、その外径が、固定円板２１と略同径である。傾斜付勢部２２２は、円環状に形成され、かつ円板部２２１の外縁の全周に亘って設けられている。傾斜付勢部２２２は、円板部２２１の外縁から円筒部１１（弁ハウジング１）の中央側に向かって延在している。即ち、傾斜付勢部２２２は、その断面形が弁ハウジング１の中央側に向かうにしたがって徐々に弁ハウジング１の内面に近づく方向に、軸線Ｌ１の方向と径方向との双方に対して傾斜している。
【００３５】
パッキン２３は合成樹脂で構成され、円板状の円板部２３１と傾斜部２３２とを一体に備えている。円板部２３１は、その外径が固定円板２１と略同径である。傾斜部２３２は、円環状に形成され、かつ円板部２３１の外縁の全周に亘って設けられている。傾斜部２３２は、円板部２３１の外縁から円筒部１１（弁ハウジング１）の中央側に向かって延在している。即ち、傾斜部２３２は、その断面形が弁ハウジング１の中央側に向かうにしたがって徐々に弁ハウジング１の内面に近づく方向に、軸線Ｌ１の方向と径方向との双方に対して傾斜している。
【００３６】
このように、板ばね２２とパッキン２３は略同形状とされ、板ばね２２はパッキン２３の内側に配置され、円板部２２１，２３１の部分で固定円板２１とストッパ板２４との間に挟まれて、それぞれ固定されている。板ばね２２は、傾斜付勢部２２２の円板部２２１から離れた側の端が、パッキン２３の傾斜部２３２を介して、この傾斜部２３２が弁ハウジング１の内面に摺接するように、弾性変形自在となっている。また、板ばね２２は、弁ハウジング１の内面から離れるパッキン２３の傾斜部２３２を、弁ハウジング１の内面に向かって付勢する弾性復元力を生じる。そして、板ばね２２は、弁ハウジング１（円筒部１１）に組み込まれた状態では、傾斜付勢部２２２の円板部２２１から離れた側の端が、パッキン２３の傾斜部２３２を弁ハウジング１の内面に向かって押圧している。これにより、主弁室１１Ａ内の高圧冷媒に対してパッキン２３は円筒部１１の内周面で確実にシールする。
【００３７】
各ピストン２において、固定円板２１、板ばね２２、パッキン２３及びストッパ板２４には、中心にそれぞれ円形の孔２１ａ、２２ａ、２３ａ及び２４ａが形成されている。また、連結部材３の固定円板２１側には円形の孔３ｄが形成されており、この連結部材３の孔３ｄは通路３ｅを介して前記透孔３ｂ（右側においては透孔３ｃ）に連通している。このうち、連結部材３の孔３ｄ、固定円板２１の孔２１ａ、板ばね２２の孔２２ａ及びパッキン２３の孔２３ａは略同径になっており、ストッパ板２４の孔２４ａはこれより小さな径になっている。これらの孔２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ及び３ｄは「均圧通路」を構成しており、この孔２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ及び３ｄ内に、副弁２５がその外周に隙間を設けて配設されている。
【００３８】
副弁２５は、円柱状の大径部２５１と、円柱状の小径部２５２と、円柱状のボス部２５３とから構成され、大径部２５１は孔２１ａ，２２ａ，２３ａ内に、小径部２５２は孔２４ａ内に挿通されている。また、コイルばね２６が連結部材３の孔３ｄ内でボス部２５３に嵌め込まれ、副弁２５はこのコイルばね２６によりキャップ部１２側に付勢されている。大径部２５１と小径部２５２はその境界により段差端面２５ａを形成している。
【００３９】
この副弁２５の作用は以下のようになる。一方の副弁室１２Ａに低圧を導入して、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの圧力差が発生するに伴い、副弁２５を含んだピストン２全体が低圧側副弁室１２Ａ（キャップ部１２）に向かって移動を始め、ストッパ板２４がキャップ部１２に当接するとピストン２は停止する。このピストン２の移動過程で、まず副弁２５の端部（小径部２５２）が副弁座部１２２に接する。このとき、副弁室１２Ａに設けられている抽排気通路１２ａが閉塞される。副弁２５の端部が副弁座部１２２に接した後も、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの圧力差がコイルばね２６の付勢力に打ち勝ってピストン２がさらに移動し、キャップ部１２にピストン２を構成するストッパ板２４が当接するまで移動を続ける。この移動区間においては、常に副弁２５の段差端面２５ａとストッパ板２４との間に隙間を生じるため、この隙間を通って主弁室１１Ａから副弁室１２Ａに向かって冷媒が流れることで均圧に近づいていく。ピストン２は、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとが均圧になった時点で、コイルばね２６による押し戻し力と、ピストン２と円筒部１１の内周との摩擦力等の力のバランスが保たれた位置で静止する。なお、この状態で反対側の副弁室１２Ａが減圧されて、ピストン２がキャップ部１２から離れると、コイルばね２６の付勢力により副弁２５は弁座１２２に接触した状態でストッパ板２４が段差端面２５ａに当接し、その後、副弁２５を含むピストン２の移動が続けられる。
【００４０】
図３は副弁２５及び孔２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ及び３ｄで構成される均圧通路の作用を説明する図である。図３(A) は副弁２５が副弁座部１２２から離間した状態であり、図１において主弁体５が右側に移動する過程、または主弁体５が弁ハウジング１の中央側から左側に移動する過程に対応している。このときは、副弁２５の段差端面２５ａがストッパ板２４に当接しており、ストッパ板２４の孔２４ａと、パッキン２３の孔２３ａ及び固定円板２１の孔２１ａとの導通を遮断している。すなわち、均圧通路が閉塞された状態である。
【００４１】
図３(B) は副弁２５が副弁座部１２２に当接した前記図２の状態に対応している。このときは、副弁２５の小径部２５２が副弁座部１２２の抽排気通路１２ａを閉塞し、かつ、ストッパ板２４が副弁２５の段差端面２５ａから離間して、ストッパ板２４の孔２４ａ、パッキン２３の孔２３ａ、固定円板２１の孔２１ａ及び連結部材３の孔３ｄが導通している。すなわち、均圧通路が導通された状態である。これにより、図３(B) に破線の矢印で示したように、主弁室１１Ａ内の高圧冷媒が、連結部材３の透孔３ｂ（図２）、通路３ｅ、孔３ｄ、固定円板２１の孔２１ａ、板ばね２２の孔２２ａ、パッキン２３の孔２３ａ及びストッパ板２４の孔２４ａを介して、副弁室１２Ａ内に流入する。そして、副弁座部１２２の抽排気通路１２ａを閉塞されているので、主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの圧力が均圧し、この冷媒の流入は停止する。
【００４２】
このように、均圧通路を介して主弁室１１Ａと副弁室１２Ａとの均圧が速やかに行われるので、パッキン２３への冷媒圧力が影響しない状態に速やかに移行することができる。また、この実施形態では、パッキン２３の傾斜部２３２が、円板部２３１の外縁から円筒部１１の中央側に向かって延在し、その断面形が弁ハウジング１の中央側に向かうにしたがって徐々に弁ハウジング１の内面に近づく方向に傾斜しているので、主弁室１１Ａの高圧を確実に保持することができる。
【００４３】
図６はピストンの他の実施形態を示し、図２と同じ要素には同符号を付記してその説明は省略する。このピストン２′は、円板状のストッパ板２７を連結部材３に固定するとともにストッパ板２７の外周に、円筒部１１の内面に摺接するリング状のパッキン２８を嵌め込んだものである。また、ストッパ板２７の中心に副弁２５の大径部２５１に対応する大孔２７ａと、小径部２５２に対応する小孔２７ｂを形成し、この大孔２７ａ及び小孔２７ｂ内に、副弁２５が隙間を設けて配設されている。この大孔２７ａ及び小孔２７ｂは「均圧通路」を構成している。そして、副弁２５が副弁座部１２２に当接し、ストッパ板２７がキャップ部１２に当接するまで移動すると、この移動過程で、大孔２７ａと小孔２７ｂとの境界の端面が副弁２５の段差端面２５ａから離間して上記均圧通路を導通状態とする。また、この状態から、ストッパ板２７がキャップ部１２から離れると、ストッパ板２７が段差端面２５ａに当接し、上記均圧通路を閉塞状態とする。この副弁２５及び均圧通路の作用は前記実施形態と同様である。
【００４４】
前述した実施形態は、冷媒（流体）として使用圧力の高い二酸化炭素の場合特に有効であるが、ＨＣＦＣ（ハイドロ・クロロフルオロ・カーボン）やＨＦＣ（ハイドロ・フルオロ・カーボン）等の各種冷媒を用いても良い。また、本発明では、副弁２５について、前述した実施形態以外に、玉（球）状に形成してもよく、副弁２５を付勢しているコイルばね２６についても、これの代わりに板ばねを用いてもよい。
【００４５】
なお、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 弁ハウジング
２ ピストン
３ 連結部材
４ 主弁座
５ 主弁体
５Ａ 主弁凹部
１１ 円筒部
１１Ａ 主弁室
１２ キャップ部
１２Ａ 副弁室
１２ 主弁座
１２ａ 抽排気通路
１２２ 副弁座部
１３ａ Ｅ継手管
１３ｂ Ｓ継手管
１３ｃ Ｃ継手管
１３ｄ Ｄ継手管
２５ 副弁
２１ａ 孔（均圧通路）
２２ａ 孔（均圧通路）
２３ａ 孔（均圧通路）
２４ａ 孔（均圧通路）
１０ 流路切換弁
２０ パイロット弁
３０ 圧縮機
４０ 室外機
５０ 室内機
６０ 絞り装置
Ｌ１ 軸線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の弁ハウジング内に該弁ハウジングの軸線上に配置され互いに連結された２つのピストンを収容し、前記２つのピストンにより、前記弁ハウジング内を高圧側配管が接続される中央部の主弁室と該主弁室の両側の２つの副弁室とに仕切り、低圧側配管と２つの切換側配管に接続される主弁座を前記主弁室内に配置するとともに、前記主弁座に対して前記軸線方向に摺動可能な主弁体を前記ピストンに連結して配置し、前記２つの副弁室の何れか一方に高圧冷媒を導入するとともに、他方の副弁室を減圧することで、該減圧された副弁室内と前記主弁室内との差圧により前記ピストン及び主弁体を該副弁室側に移動して、該主弁体の凹部により前記低圧側配管を前記２つの切換側配管の何れか一方に択一的に連通させるとともに他方の切換側配管を前記主弁室を介して前記高圧側配管に連通し、冷媒の流れを切り換える流路切換弁において、
前記弁ハウジング内部の両端に、前記主弁室側に突出する副弁座部であって前記冷媒の通路となる抽排気通路を弁ハウジング内に開口させた副弁座部が形成され、
前記各ピストンに、前記副弁座部に対応する前記軸線上に、前記主弁室と前記副弁室とを連通可能にした均圧通路が形成されるとともに、該均圧通路内に配設された副弁であって該均圧通路に対する前記軸線方向の移動により当該均圧通路の導通と閉塞とを切り換える副弁が配設され、
前記ピストンが前記減圧された副弁室側に移動し終わったとき、該ピストンの前記副弁が、該副弁室側の前記副弁座部の開口を閉塞し、かつ、該副弁座部が該副弁に当接することにより前記均圧通路を導通して、該均圧通路を介して前記減圧された副弁室と前記主弁室とを均圧するようにしたことを特徴とする流路切換弁。
【請求項２】
前記ピストンが、前記弁ハウジングの内面に接触するパッキンを有し、該パッキンの外周に弁ハウジングの中央部側に環状に延びる傾斜部が形成され、該傾斜部はその断面形が前記弁ハウジングの中央部に向かうにしたがって徐々に弁ハウジングの内面に近づく方向に傾斜した形状であることを特徴とする流路切換弁。
【請求項１】
筒状の弁ハウジング内に該弁ハウジングの軸線上に配置され互いに連結された２つのピストンを収容し、前記２つのピストンにより、前記弁ハウジング内を高圧側配管が接続される中央部の主弁室と該主弁室の両側の２つの副弁室とに仕切り、低圧側配管と２つの切換側配管に接続される主弁座を前記主弁室内に配置するとともに、前記主弁座に対して前記軸線方向に摺動可能な主弁体を前記ピストンに連結して配置し、前記２つの副弁室の何れか一方に高圧冷媒を導入するとともに、他方の副弁室を減圧することで、該減圧された副弁室内と前記主弁室内との差圧により前記ピストン及び主弁体を該副弁室側に移動して、該主弁体の凹部により前記低圧側配管を前記２つの切換側配管の何れか一方に択一的に連通させるとともに他方の切換側配管を前記主弁室を介して前記高圧側配管に連通し、冷媒の流れを切り換える流路切換弁において、
前記弁ハウジング内部の両端に、前記主弁室側に突出する副弁座部であって前記冷媒の通路となる抽排気通路を弁ハウジング内に開口させた副弁座部が形成され、
前記各ピストンに、前記副弁座部に対応する前記軸線上に、前記主弁室と前記副弁室とを連通可能にした均圧通路が形成されるとともに、該均圧通路内に配設された副弁であって該均圧通路に対する前記軸線方向の移動により当該均圧通路の導通と閉塞とを切り換える副弁が配設され、
前記ピストンが前記減圧された副弁室側に移動し終わったとき、該ピストンの前記副弁が、該副弁室側の前記副弁座部の開口を閉塞し、かつ、該副弁座部が該副弁に当接することにより前記均圧通路を導通して、該均圧通路を介して前記減圧された副弁室と前記主弁室とを均圧するようにしたことを特徴とする流路切換弁。
【請求項２】
前記ピストンが、前記弁ハウジングの内面に接触するパッキンを有し、該パッキンの外周に弁ハウジングの中央部側に環状に延びる傾斜部が形成され、該傾斜部はその断面形が前記弁ハウジングの中央部に向かうにしたがって徐々に弁ハウジングの内面に近づく方向に傾斜した形状であることを特徴とする流路切換弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２４１８７０（Ｐ２０１１−２４１８７０Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２９７６（Ｐ２０１０−１１２９７６）
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００１４３９４９）株式会社鷺宮製作所 (253)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１７日（２０１０．５．１７）
【出願人】（０００１４３９４９）株式会社鷺宮製作所 (253)
【Ｆターム（参考）】
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