特許 6046076 流路切換弁用の弁体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6046076

(24)【登録日】2016年11月25日

(45)【発行日】2016年12月14日

(54)【発明の名称】流路切換弁用の弁体

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/065 20060101AFI20161206BHJP

   F25B 41/04 20060101ALI20161206BHJP

【ＦＩ】

   F16K11/065 Z

   F25B41/04 C

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2014-81195(P2014-81195)

(22)【出願日】2014年4月10日

(65)【公開番号】特開2015-200400(P2015-200400A)

(43)【公開日】2015年11月12日

【審査請求日】2015年8月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100060690

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 秀雄

(74)【代理人】

【識別番号】100070002

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 隆夫

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100110733

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥野 正司

(74)【代理人】

【識別番号】100173978

【弁理士】

【氏名又は名称】朴 志恩

(72)【発明者】

【氏名】上野 知之

(72)【発明者】

【氏名】木村 宏光

(72)【発明者】

【氏名】香川 大樹

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１９６８５７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ １１／０６５

Ｆ２５Ｂ ４１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷凍サイクルの高圧側配管に連通される弁室内で、低圧ポートと２つの切換ポートが形成された弁座に対向する椀状凹部を有する弁体であって、
前記低圧ポートと切換ポートの弁ポート径をＤ（ｍｍ）、
前記低圧ポートと切換ポートとのポート間ピッチをＰ（ｍｍ）、
前記椀状凹部の前記移動方向の凹部長さをＬ（ｍｍ）、
前記椀状凹部の前記移動方向と直角な方向の凹部幅をＷ（ｍｍ）、
前記椀状凹部の高さをＨ（ｍｍ）、
としたとき、
８ｍｍ≦Ｄ≦１２ｍｍ…（１）
１．３≦Ｐ／Ｄ≦１．７…（２）
１．００≦Ｌ／（Ｐ＋Ｄ）≦１．０６…（３）
１．０５≦Ｗ／Ｄ≦１．１５…（４）
を満たし、
０．９９≦Ｈ／Ｄ≦１．３９…（５）
であることを特徴とする流路切換弁用の弁体。

【請求項2】

請求項１に記載の流路切換弁用の弁体であって、
１．００≦Ｈ／Ｄ≦１．１０…（５．１）
または、
１．１１≦Ｈ／Ｄ≦１．２１…（５．２）
または、
１．２４≦Ｈ／Ｄ≦１．３４…（５．３）
であることを特徴とする流路切換弁用の弁体。

【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る流路切換弁（四方切換弁等）に内蔵される弁体に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷凍サイクルに設けられた流路切換弁としてスライド式の流路切換弁がある。この流路切換弁は、冷凍サイクルの高圧側配管に連通される弁室内で弁座に対して弁体の椀状凹部を対向させ、弁体を移動して、椀状凹部により弁座の低圧ポートと一方の切換ポートとを連通し、他方の切換ポートを弁室を介して高圧側配管に連通して、冷媒の流れを切り換えるものである。

【0003】

上記弁体の椀状凹部は低圧側の流路であり、弁体を改良して、低圧側の流量を改善するようにしたものである。この種の流路切換弁用の弁体として、例えば実開昭６２−１６２４６９号公報（特許文献１）、特開２０１２−１９３８５５号公報（特許文献２）、特許第５１７５１４４号公報（特許文献３）及び中国実用新案公告第２０１９６３９２２号明細書（特許文献４）に開示されたものがある。

【0004】

図１０は上記従来の流路切換弁用の弁体を示す図である。特許文献１のものは、図１０（Ａ）に示すように、弁体（スライド弁）２１の低圧側の流路２１Ａをパイプ形状にしたものである。特許文献２のものは、図１０（Ｂ）に示すように、弁体２１の低圧側の流路２１Ａ内に整流板２２を設けたものである。特許文献３のものは、図１０（Ｃ）に示すように、弁体２１の低圧側の流路２１Ａ内に設けた補助ピン２３の両端に鍔２３ａを設け、補助ピン２３のピン自体の径を細くしたものである。特許文献４のものは、図１０（Ｄ）に示すように、弁体２１の低圧側の流路２１Ａ内に設けた補助ピン２４の形状を断面半円形状としたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６２−１６２４６９号公報

【特許文献2】特開２０１２−１９３８５５号公報

【特許文献3】特許第５１７５１４４号公報

【特許文献4】中国実用新案公告第２０１９６３９２２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１における弁体では、弁体を成形により製造する場合、パイプ形状を一体成形により形成することは困難であるという問題がある。また、別部品を設けてパイプ形状とすると、部品が増加するとともに組み立て工数が増加するという問題がある。

【0007】

特許文献２における弁体では、弁体を成形により製造する場合、整流板を一体成形により形成することは困難であるという特許文献1と同様の問題がある また、整流板を別部品とすると、部品が増加するとともに組み立て工数が増加するという問題がある。

【0008】

特許文献３における弁体では、弁体の種類毎に専用の補助ピンが必要となり、部品の種類が増加するとともに組み立て工数が増加するという問題がある。なお、この特許文献３の技術は補助ピンにより弁体の強度を向上させるものであるが、補助ピンのピン自体の径を小さくすることで流量も改善される。

【0009】

特許文献４における弁体では、弁体の補助ピンの形状が複雑になるとともに、この補助ピンの位置が流量に影響するため、高い精度で位置管理を行う必要がある。

【0010】

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、流路切換弁の弁体の低圧側の流路を構成する椀状凹部の形状を改良して、組み立て工数の増加や部品点数増加によるコストアップを招かずに低圧側の流量（Ｃｖ値）を改善することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

請求項１の流路切換弁用の弁体は、冷凍サイクルの高圧側配管に連通される弁室内で、低圧ポートと２つの切換ポートが形成された弁座に対向する椀状凹部を有する弁体であって、
前記低圧ポートと切換ポートの弁ポート径をＤ（ｍｍ）、
前記低圧ポートと切換ポートとのポート間ピッチをＰ（ｍｍ）、
前記椀状凹部の前記移動方向の凹部長さをＬ（ｍｍ）、
前記椀状凹部の前記移動方向と直角な方向の凹部幅をＷ（ｍｍ）、
前記椀状凹部の高さをＨ（ｍｍ）、
としたとき、
８ｍｍ≦Ｄ≦１２ｍｍ…（１）
１．３≦Ｐ／Ｄ≦１．７…（２）
１．００≦Ｌ／（Ｐ＋Ｄ）≦１．０６…（３）
１．０５≦Ｗ／Ｄ≦１．１５…（４）
を満たし、
０．９９≦Ｈ／Ｄ≦１．３９…（５）
であることを特徴とする。

【0012】

請求項２の流路切換弁用の弁体は、請求項１に記載の流路切換弁用の弁体であって、
１．００≦Ｈ／Ｄ≦１．１０…（５．１）
または、
１．１１≦Ｈ／Ｄ≦１．２１…（５．２）
または、
１．２４≦Ｈ／Ｄ≦１．３４…（５．３）
であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

請求項１の流路切換弁用の弁体によれば、前記（１）乃至（４）の条件で、０．９９≦Ｈ／Ｄ≦１．３９とすることにより、低圧側の流量（Ｃｖ値）を効果的に改善できる。

【0014】

請求項２の流路切換弁用の弁体によれば、前記（１）乃至（４）の条件で、１．００≦Ｈ／Ｄ≦１．１０、または、１．１１≦Ｈ／Ｄ≦１．２１、または、１．２４≦Ｈ／Ｄ≦１．３４…（５．３）とすることにより、低圧側の流量（Ｃｖ値）をさらに効果的に改善できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施形態に係る流路切換弁を示す図である。

【図2】実施形態の検証に用いた基準流量モデルを説明する図である。

【図3】実施形態の弁体の椀状凹部の下面開口部のＲ寸法と凹部長さの関係を説明する図である。

【図4】実施形態の弁体の椀状凹部の凹部長さ（Ｌ）を示す図である。

【図5】実施形態における凹部長さ（Ｌ）の変化に対するＣｖ値の変化を示す図である。

【図6】実施形態の弁体の椀状凹部の凹部幅（Ｗ）を示す図である。

【図7】実施形態における凹部幅（Ｗ）の変化に対するＣｖ値の変化を示す図である。

【図8】実施形態の弁体の椀状凹部の凹部高さ（Ｈ）を示す図である。

【図9】実施形態における凹部高さ（Ｈ）の変化に対するＣｖ値の変化を示す図である。

【図10】従来の弁体の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明の実施形態について説明する。図１は実施形態に係る流路切換弁を示す図である。実施形態に係る流路切換弁は四方切換弁であり、この流路切換弁にはキャピラリ（配管）により図示しないパイロット弁が接続されている。流路切換弁の弁ハウジングは円筒形状の円筒部１１とその両端のキャップ部１２ａ，１２ｂとで構成され、その内部に、連結部材１３により互いに連結された２つのピストン１４ａ，１４ｂが収容されている。これにより、弁ハウジングの内部は、中央部の主弁室１１Ａと両側の２つの副弁室１１Ｂ，１１Ｃとに仕切られている。

【0017】

主弁室１１Ａ内の中間部には弁座１５が配設され、弁座１５上には弁ハウジングの軸線Ｘ方向に摺動する実施形態の弁体１０が配設されている。弁座１５には、弁ハウジングの軸線Ｘ方向に一直線上に並んで「弁ポート」としてのＥポート１５ａ、Ｓポート１５ｂ及びＣポート１５ｃが形成されており、これらＥポート１５ａ、Ｓポート１５ｂ、Ｃポート１５ｃには、それぞれＥ継手管１６ａ、Ｓ継手管１６ｂ、Ｃ継手管１６ｃが取り付けられている。また、弁ハウジングの中間部の弁座１５と対向する位置には、Ｄ継手管１６ｄが取り付けられている。なお、Ｅポート１５ａ及びＣポート１５ｃは「切換ポート」であり、Ｓポート１５ｂは「低圧ポート」である。

【0018】

弁体１０は連結部材１３の中央に嵌め込まれており、この弁体１０は連結部材１３に対して軸線Ｘ方向に僅かに遊びを持って保持されている。そして、図示しないパイロット弁の切換動作により、副弁室１１Ｂが減圧する状態と副弁室１１Ｃが減圧する状態とが切り換えられる。これにより、弁体１０は、ピストン１４ａ，１４ｂと連結部材１３に連動して、弁座１５上を軸線Ｘ方向に移動する。

【0019】

弁体１０は合成樹脂を射出成形して形成されたものであり、内部に略半楕円体形状の椀状凹部１０Ａを有している。なお、この椀状凹部１０Ａの開口部には補強ピン１０１が差し渡されている。弁体１０は、図１の左側の端部位置において、Ｓポート１５ｂとＥポート１５ａとを椀状凹部１０Ａにより連通する。このとき、Ｃポート１５ｃは主弁室１１Ａを介してＤ継手管１６ｄに連通する。これにより、図１に矢印で示すように、高圧側流路と低圧側流路が形成される。なお、図１の例では、冷房運転の時を示しているが、弁体１０が図１の右側の端部位置になると暖房運転となる。

【0020】

以上のように、冷凍サイクルが運転中には、主弁室１１Ａ内は高圧冷媒により高圧になり、弁体１０の椀状凹部１０Ａ内は低圧冷媒により低圧になる。本発明は、この椀状凹部１０Ａを流れる流体の流量（Ｃｖ値）を改善するものであり、次に実施形態の弁体１０の椀状凹部１０Ａの形状について説明する。

【0021】

まず、椀状凹部１０Ａにおいて流量の改善に特に効果的な寸法は、図４に示す軸線Ｘ方向（弁体１０の移動方向）の椀状凹部１０Ａの長さ（以下、「凹部長さ（Ｌ）」という。）、図６に示す軸線Ｘと直交する方向の椀状凹部１０Ａの幅（以下、「凹部幅（Ｗ）」という。）、図８に示す椀状凹部１０Ａの高さ（以後、「凹部高さ（Ｈ）」という。）の３つのパラメータであることが判明した。また、どのパラメータにおいても、Ｅポート１５ａ、Ｓポート１５ｂ及びＣポート１５ｃの弁ポート径（Ｄ）と、Ｅポート１５ａ、Ｓポート１５ｂ及びＣポート１５ｃの軸線Ｘ方向のピッチ（各ポートの中心軸線間の距離）であるポート間ピッチ（Ｐ）（図４参照）に対して、最適な割合（比）があり、この割合を下回っても上回っても改善効果は低下してしまう。

【0022】

以下に、それぞれのパラメータにおいて、弁ポート径（Ｄ）またはポート間ピッチ（Ｐ）との比率を変化させていった時の、流量変化（Ｃｖ値の変化）について説明する。なお、Ｃｖ値の改善効果は、弁ポート径（Ｄ）がφ８ｍｍ〜１２ｍｍの範囲、ポート間ピッチ（Ｐ）と弁ポート径（Ｄ）の比率（Ｐ／Ｄ）が１．３〜１．７の範囲で確認できた。

【0023】

ここで、凹部長さ、凹部幅及び凹部高さについての検証結果について説明するが、この検証に用いたＣｖ値改善の基準流量モデル、及び弁体１０の椀状凹部１０Ａの下面開口部のＲ寸法の取り方は以下のとおりである。

【0024】

［基準流量モデル］
検証結果のＣｖ値は、図２に示す基準流量モデルのＣｖ値の検証結果を“Ｃｖ値＝１”として算出した。図２に示すように、基準流量モデルは、弁ポート径（Ｄ）、ポート間ピッチ（Ｐ）、凹部長さ（Ｌ）、凹部幅（Ｗ）、凹部高さ（Ｈ）、椀状凹部の下面開口部のＲ寸法（Ｒ）として、
Ｌ＝Ｄ＋Ｐ
Ｗ＝Ｄ
Ｈ＝Ｄ
Ｒ＝Ｄ／２
の条件とする。

【0025】

［椀状凹部１０Ａの下面開口部のＲ寸法］
図３に示すように、Ｒ寸法＝凹部幅（Ｗ）／２とし、凹部長さ（Ｌ）と凹部幅（Ｗ）を変化させる場合、以下のようにした。凹部長さ（Ｌ）を変化させる場合、凹部幅（Ｗ）は固定のため、Ｒ寸法も変化させずに凹部長さ（Ｌ）だけを変化させた。凹部幅（Ｗ）を変化させる場合、凹部幅（Ｗ）を変化させる毎にＲ寸法も凹部幅（Ｗ）に応じて変化させた。

【0026】

図４は凹部長さ（Ｌ）を示す図であり、図５はこの凹部長さ（Ｌ）の変化に対するＣｖ値（基準流量モデルのＣｖ値比率＝１）の変化を示す図である。図５に示すように、凹部長さ（Ｌ）がポート間ピッチ（Ｐ）＋弁ポート径（Ｄ）より小さい場合は、弁体１０の一部が流路を塞いでしまうため、Ｃｖ値は低下する傾向にある。また、凹部長さ（Ｌ）がポート間ピッチ（Ｐ）＋弁ポート径（Ｄ）より過度に大きい場合は、弁ポートに流体がスムーズに流れ込まないため、Ｃｖ値は低下する傾向にある。そして、凹部長さ（Ｌ）／［ポート間ピッチ（Ｐ）＋弁ポート径（Ｄ）］の比率（以下、「長さ比率」という。）が、１．００〜１．０６の時にＣｖ値が最適となることが判明した。

【0027】

図６は凹部幅（Ｗ）を示す図であり、図７はこの凹部幅（Ｗ）の変化に対するＣｖ値（基準流量モデルのＣｖ値比率＝１）の変化を示す図である。図７に示すように、凹部幅（Ｗ）が弁ポート径（Ｄ）に対して所定の範囲内の比率でないと弁ポートに流体がスムーズに流れ込まなくなるため、Ｃｖ値は低下する傾向にある。そして、凹部幅（Ｗ）／弁ポート径（Ｄ）の比率（以下、「幅比率」という。）が、１．０５〜１．１５の時にＣｖ値が最適となることが判明した。

【0028】

図８は凹部高さ（Ｈ）を示す図であり、図９はこの凹部高さ（Ｈ）の変化に対するＣｖ値（基準流量モデルのＣｖ値比率＝１）の変化を示す図である。この図９は、図５に示す長さ比率が１．００〜１．０６である最適値、及び図７に示す幅比率が１．０５〜１．１５である最適値について、その上限と下限の範囲において、凹部高さ（Ｈ）を変化させた場合を示している。なお、図９では、長さ比率の最小値“１．００”と幅比率の最小値“１．０５”同士、長さ比率の最大値“１．０６”と幅比率の最大値“１．１５”同士について検証した結果だけを図示してある。

【0029】

また、図９に示す各曲線は以下の条件に対応する。ピークを「□」で図示した曲線は、弁ポート径（Ｄ）＝φ８ｍｍで長さ比率と幅比率が最大値の場合である。ピークを「×」で図示した曲線は弁ポート径（Ｄ）＝φ８ｍｍで長さ比率と幅比率が最小値、または弁ポート径（Ｄ）＝φ１２ｍｍで長さ比率と幅比率が最大値の場合である。ピークのみを「◇」で図示した曲線は、弁ポート径（Ｄ）＝φ９ｍｍで長さ比率と幅比率が最大値の場合である。ピークのみを「◆」で図示した曲線は、弁ポート径（Ｄ）＝φ９ｍｍで長さ比率と幅比率が最小値の場合である。ピークのみを「○」で図示した曲線は、弁ポート径（Ｄ）＝φ１１ｍｍで長さ比率と幅比率が最大値の場合である。ピークのみを「●」で図示した曲線は、弁ポート径（Ｄ）＝φ１１ｍｍで長さ比率と幅比率が最小値の場合である。ピークを「△」で図示した曲線は、弁ポート径（Ｄ）＝φ１２ｍｍで長さ比率と幅比率が最小値の場合である。

【0030】

なお、図９では、各弁ポート径毎の長さ比率と幅比率の組み合わせとして、長さ比率と幅比率が共に最大値、長さ比率と幅比率が共に最小値という組み合わせの場合を図示している。しかし、長さ比率が最小値で幅比率が最大値、長さ比率が最大値で幅比率が最小値という組み合わせ、あるいは、長さ比率と幅比率が共に中間値という組み合わせを検証した結果、これらの場合でも、図示の共に最大値である組み合わせと、共に最小値である組み合わせにおける“Ｃｖ値が改善できる範囲内”に収まることが判明した。

【0031】

図９に示すように、全体の傾向としては、凹部高さ（Ｈ）を高くしていくと、Ｃｖ値は定期的に増減を繰り返しながら徐々に増加していく傾向にある。また、凹部高さ（Ｈ）／弁ポート径（Ｄ）の比率（以下、「高さ比率」という。）が０．９９以上でＣｖ値比率が常時“１”を上回ることが判明した。図に斜線で示す高さ比率が０．９９を下回る範囲では、Ｃｖ値比率が“１”を下回る場合があることが判明した。図に斜線で示す高さ比率が１．３９を超える範囲では、Ｃｖ値の改善効果は小さいことが判明した。なお、１．３９を超える範囲では、弁体１０の材料の使用量の増加、流路切換弁の大型化につながるため、効果的ではない。

【0032】

このように、
０．９９≦Ｈ／Ｄ≦１．３９
の条件を満たすと、Ｃｖ値の改善効果が高い。

【0033】

さらに、この高さ比率が０．９９〜１．３９の範囲内で、高さ比率が１．００〜１．１０の範囲、高さ比率が１．１１〜１．２１の範囲、高さ比率が１．２４〜１．３４の範囲で、それぞれＣｖ値のピークが現れ、特に効果的にＣｖ値が改善できることが判る。

【0034】

このように、
１．００≦Ｈ／Ｄ≦１．１０…（５．１）
または、
１．１１≦Ｈ／Ｄ≦１．２１…（５．２）
または、
１．２４≦Ｈ／Ｄ≦１．３４…（５．３）
の条件を満たすと、Ｃｖ値の改善効果がさらに高い。

【0035】

図９に示す高さ比率の範囲Ｅ１は、弁ポート径（Ｄ）＝φ８〜９ｍｍで最適高さ比率が１．００〜１．０６の範囲である。高さ比率の範囲Ｅ２は、弁ポート径（Ｄ）＝φ８〜９ｍｍで最適高さ比率が１．１１〜１．１７の範囲である。高さ比率の範囲Ｅ３は、弁ポート径（Ｄ）＝φ８〜９ｍｍで最適高さ比率が１．２４〜１．３０の範囲である。高さ比率の範囲Ｅ４は、弁ポート径（Ｄ）＝φ１１〜１２ｍｍで最適高さ比率が１．０３〜１．１０の範囲である。高さ比率の範囲Ｅ５は、弁ポート径（Ｄ）＝φ１１〜１２ｍｍで最適高さ比率が１．１４〜１．２１の範囲である。高さ比率の範囲Ｅ６は、弁ポート径（Ｄ）＝φ１１〜１２ｍｍで最適高さ比率が１．２７〜１．３４の範囲である。

【0036】

なお、流路切換弁の本体サイズと流量のバランスを考慮すると、高さ比率が１．２４〜１．３４の範囲が最適な寸法であるが、他の部品との兼ね合いで採用できない場合は、高さ比率を１．１１〜１．２１の範囲または高さ比率を１．００〜１．１０の範囲とすることで効果的にＣｖ値を改善できる。

【符号の説明】

【0037】

１０ 弁体
１０Ａ 椀状凹部
１５ 弁座
１５ａ Ｅポート
１５ｂ Ｓポート
１５ｃ Ｃポート
Ｘ 軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】