特許 6461589 流路切換弁

(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】6461589

(24)【登録日】2019年1月11日

(45)【発行日】2019年1月30日

(54)【発明の名称】流路切換弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/065 20060101AFI20190121BHJP

   F16K 31/42 20060101ALI20190121BHJP

   F25B 41/04 20060101ALI20190121BHJP

【ＦＩ】

   F16K11/065 Z

   F16K31/42 A

   F25B41/04 C

【請求項の数】13

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2014-252259(P2014-252259)

(22)【出願日】2014年12月12日

(65)【公開番号】特開2016-114133(P2016-114133A)

(43)【公開日】2016年6月23日

【審査請求日】2017年9月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】100091096

【弁理士】

【氏名又は名称】平木 祐輔

(74)【代理人】

【識別番号】100105463

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 三男

(74)【代理人】

【識別番号】100129861

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 滝治

(74)【代理人】

【識別番号】100182176

【弁理士】

【氏名又は名称】武村 直樹

(72)【発明者】

【氏名】木船 仁志

【審査官】 小岩 智明

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−０４４１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−１０２０８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実公昭４１−０１２５３９（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 特開２００５−２４９１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２０１２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２３３１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１２４８７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ １１／０６−１１／０６５，３１／４２

Ｆ２５Ｂ ４１／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上側弁シート及び下側弁シートによりその上面開口及び下面開口が気密的に封止された角筒状の主弁ハウジング、前記上側弁シート及び／又は前記下側弁シートに合計で少なくとも３個設けられたポート、及び前記主弁ハウジング内に移動可能に配在された主弁体を有する主弁と、前記主弁体を移動させるための流体圧式のアクチュエータとを備え、
前記主弁体内に、前記ポート間を選択的に連通するための複数本の連通路が設けられ、前記主弁体を移動させることにより、連通するポート間が切り換えられるようにされており、
前記主弁体は、一体移動可能かつ上下動可能な上半部と下半部との二分割構成とされ、前記上半部と前記下半部との間に、それらを相互に離れる方向に付勢する付勢手段が介装されていることを特徴とする流路切換弁。

【請求項2】

前記主弁体内に、少なくとも、前記ポートのうちの一つと他の一つとを連通させ得る少なくとも一つの第１連通路と、前記ポートのうちの一つと別の一つとを連通させ得る少なくとも一つの第２連通路とが設けられ、前記主弁体を一方向に移動させることにより、前記第１連通路により連通するポート間から前記第２連通路により連通するポート間への流路切換が行われ、該流路切換後に前記主弁体を他方向に移動させることにより、前記第２連通路により連通するポート間から前記第１連通路により連通するポート間への流路切換が行われるようにさ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。

【請求項3】

前記上側弁シートに第１及び第２ポートが設けられるとともに、前記下側弁シートに第３及び第４ポートが設けられ、
前記主弁体に、該主弁体が第１の移動位置をとるとき、前記第１ポートと第３ポートとを連通させる第１連通路及び前記第２ポートと第４ポートとを連通させる第２連通路が設けられるとともに、
前記主弁体が第２の移動位置をとるとき、前記第１ポートと第２ポートとを連通させる第３連通路及び前記第３ポートと第４ポートとを連通させる第４連通路が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流路切換弁。

【請求項4】

前記複数本の連通路のうちの少なくとも１本は、全体が直線状の通路で構成され、残りの少なくとも１本は、Ｕ字状の通路で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の流路切換弁。

【請求項5】

前記連通路の両端部に、前記上側弁シート及び／又は前記下側弁シートにおける各ポートの開口周りに密接する環状シール面を持つ凸部が突設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の流路切換弁。

【請求項6】

前記連通路の一つとして、前記上半部と前記下半部とに跨がる分割連通路を有し、該分割連通路のうちの上半部分の下端部及び下半部分の上端部の一方に大径部が形成されるとともに、他方に前記大径部に挿入される円筒部が延設され、前記大径部と前記円筒部との間にＯリングが介装されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の流路切換弁。

【請求項7】

前記上半部と前記上側弁シートとの間及び前記下半部と前記下側弁シートとの間に、前記主弁体の移動時において、該主弁体側のシール面を前記上側弁シート及び前記下側弁シートから離れさせるボール式シール面離隔機構が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流路切換弁。

【請求項8】

前記ボール式シール面離隔機構は、ボールと、該ボールを、その一部を上下方向に突出させた状態で、回転自在にかつ移動は実質的に阻止した状態で収容する収容部と、前記主弁体の移動開始前及び移動終了時においては、前記主弁体側のシール面が前記上側弁シート及び前記下側弁シートから離れないようにすべく、前記収容部から突出する前記ボールの一部が嵌め込まれ、前記主弁体の移動時においては、前記ボールが前記上半部を押し下げるとともに、前記下半部を押し上げながら転がり出るような寸法形状を持つ凹穴と、を備え、前記ボール及び前記収容部は、前記上半部と前記下半部に２箇所以上に設けられるとともに、前記凹穴は前記上側弁シートと前記下側弁シートにおける、平面視で前記収容部と同一位置及び該位置から前記主弁体が流路切換時に移動する距離だけ離れた位置にそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項７に記載の流路切換弁。

【請求項9】

前記凹穴は、前記上側弁シートと前記下側弁シートに敷設されたレールに形成されていることを特徴とする請求項８に記載の流路切換弁。

【請求項10】

前記アクチュエータは、前記主弁内の高圧流体が導入される、ピストンにより気密的に仕切られた容積可変の第１作動室及び第２作動室を持つ往復駆動シリンダを備え、前記第１作動室に高圧流体を導入するとともに、前記第２作動室から高圧流体を排出することにより、前記主弁体を一方向に移動させる第１行程と、前記第２作動室に高圧流体を導入するとともに、前記第１作動室から高圧流体を排出することにより、前記主弁体を他方向に移動させる第２行程とを選択的にとり得るように構成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の流路切換弁。

【請求項11】

前記主弁ハウジングの前面側に前記第１作動室を持つ第１シリンダが設けられるとともに、前記主弁ハウジングの後面側に前記第２作動室を持つ第２シリンダが設けられ、前記主弁体の前面に前記第１シリンダのピストンロッドに連結された第１押動板が対接せしめられるとともに、前記主弁体の後面に前記第２シリンダのピストンロッドに連結された第２押動板が対接せしめられていることを特徴とする請求項１０に記載の流路切換弁。

【請求項12】

前記第１シリンダ及び前記第２シリンダは、それぞれのピストンを相互に連結する共通のピストンロッドを有し、該ピストンロッドに前記第１押動板及び前記第２押動板が固定されるとともに、前記ピストンロッドにおける前記第１押動板と前記第２押動板との間の部分が、前記主弁体に設けられた前後貫通穴に若干の上下動可能に挿入されていることを特徴とする請求項１１に記載の流路切換弁。

【請求項13】

前記第１行程と前記第２行程との切り換えを、前記第１作動室と前記第２作動室、及び、前記主弁の高圧部分と低圧部分に接続された四方パイロット弁により行うようにされていることを特徴とする請求項１０から１２のいずれかに記載の流路切換弁。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弁体を移動させることにより流路切換を行うスライド式の流路切換弁に係り、特に、ヒートポンプ式冷暖房システム等において流路切換を行うのに好適な流路切換弁に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、ルームエアコン、カーエアコン等のヒートポンプ式冷暖房システムは、圧縮機、室外熱交換器、室内熱交換器、及び膨張弁等に加えて、流路（流れ方向）切換手段としての流路切換弁を備えている。

【0003】

この流路切換弁を備えたヒートポンプ式冷暖房システムの一例を図１３を参照しながら簡単に説明する。図示例のヒートポンプ式冷暖房システム１００は、運転モード（冷房運転と暖房運転）の切り換えを流路切換弁（四方切換弁）１４０で行うようになっており、基本的には、圧縮機１１０、室外熱交換器１２０、室内熱交換器１３０、及び膨張弁１６０を備え、前記の圧縮機１１０、室外熱交換器１２０、室内熱交換器１３０、及び膨張弁１６０の四者の間に４つのポート、すなわち、吐出側高圧ポートＤ、室外側入出ポートＣ、室内側入出ポートＥ、及び吸入側低圧ポートＳを有する流路切換弁１４０が配在されている。

【0004】

前記各機器間は導管（パイプ）等で形成される流路で接続されており、冷房運転モードが選択されたときには、図１３において実線矢印で示される如くに、流路切換弁１４０の吐出側高圧ポートＤが室外側入出ポートＣに、また、室内側入出ポートＥが吸入側低圧ポートＳにそれぞれ連通せしめられる。これにより、冷媒が圧縮機１１０に吸入されるとともに、圧縮機１１０から高温高圧の冷媒が流路切換弁１４０を介して室外熱交換器１２０に導かれ、ここで室外空気と熱交換して凝縮し、高圧の二相冷媒となって膨張弁１６０に導入される。この膨張弁１６０により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒は、室内熱交換器１３０に導入され、ここで室内空気と熱交換（冷房）して蒸発し、室内熱交換器１３０からは低温低圧の冷媒が流路切換弁１４０を介して圧縮機１１０の吸入側に戻される。

【0005】

それに対し、暖房運転モードが選択されたときには、図１３において破線矢印で示される如くに、流路切換弁１４０の吐出側高圧ポートＤが室内側入出ポートＥに、また、室外側入出ポートＣが吸入側低圧ポートＳにそれぞれ連通せしめられ、圧縮機１１０から高温高圧の冷媒が室内熱交換器１３０に導かれ、ここで室内空気と熱交換（暖房）して凝縮し、高圧の二相冷媒となって膨張弁１６０に導入される。この膨張弁１６０により高圧の冷媒が減圧され、減圧された低圧の冷媒は、室外熱交換器１２０に導入され、ここで室外空気と熱交換して蒸発し、室外熱交換器１２０からは低温低圧の冷媒が流路切換弁１４０を介して圧縮機１１０の吸入側に戻される。

【0006】

前記した如くのヒートポンプ式冷暖房システムに組み込まれる四方切換弁として、従来、スライド式主弁体を内蔵する弁本体（主弁ハウジング）と、電磁式のパイロット弁とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に所載のスライド式の流路切換弁は、主弁ハウジングに、吐出側高圧ポートＤ、室外側入出ポートＣ、吸入側低圧ポートＳ、及び室内側入出ポートＥが形成されるとともに、前記したポートＤ→Ｃ及びＥ→Ｓ、又は、ポートＤ→Ｅ及びＣ→Ｓの連通状態を作り出す（流路切換を行う）べくスライド式主弁体が左右方向に摺動可能に配在されている。主弁ハウジングにおけるスライド式主弁体の左右には、パイロット弁を介して圧縮機吐出側の高圧冷媒及び圧縮機吸入側の低圧冷媒が選択的に導入される、それぞれスライド式主弁体に結合された左右一対のパッキン付きピストンにより画成される二つの作動室が設けられ、この二つの作動室の圧力差を利用して前記スライド式主弁体を左右方向に摺動させることで前記流路切換を行うようにされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００９−４１６３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

前記した如くの従来のスライド式の流路切換弁においては、内容積が比較的小さな主弁ハウジング内において高圧流体（冷媒）が内壁面等に衝突するとともに、その流れ方向が大きく変わるので、圧力損失が大きくなる嫌いがあり、また、左右一対のパッキン付きピストンを伴うスライド式主弁体を摺動させて流路切換を行う構成であるので、スティックスリップ等により摺動部分が摩耗しやすく、それに伴い、耐久性並びに摺動部分のシール性が悪くなって、流体（冷媒）が主弁ハウジングとスライド式主弁体との摺動面間から漏れやすい（弁洩れしやすい）という問題もある。

【0009】

上記に加え、従来の流路切換弁、特に、前記したヒートポンプ式冷暖房システムに使用される四方切換弁では、主弁ハウジング内において高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが近接した状態（薄壁一枚を隔てた状態）で流されるので、それらの主弁ハウジング内での熱交換量が大きくなって、システムの効率が悪くなるという問題もある。

【0010】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、圧力損失を抑えることができるとともに、内部熱交換量を可及的に低減し得、摺動部分の摩耗を効果的に抑えることができ、耐久性並びにシール性を向上させ得て、弁洩れし難くできる流路切換弁を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0011】

前記の目的を達成すべく、本発明に係る流路切換弁は、基本的には、上側弁シート及び下側弁シートによりその上面開口及び下面開口が気密的に封止された角筒状の主弁ハウジング、前記上側弁シート及び／又は前記下側弁シートに合計で少なくとも３個設けられたポート、及び前記主弁ハウジング内に移動可能に配在された主弁体を有する主弁と、前記主弁体を移動させるための流体圧式のアクチュエータとを備え、前記主弁体内に、前記ポート間を選択的に連通するための複数本の連通路が設けられ、前記主弁体を移動させることにより、連通するポート間が切り換えられるようにされており、前記主弁体は、一体移動可能かつ上下動可能な上半部と下半部との二分割構成とされ、前記上半部と前記下半部との間に、それらを相互に離れる方向に付勢する付勢手段が介装されていることを特徴としている。

【0012】

具体的な好ましい態様では、前記主弁体内に、少なくとも、前記ポートのうちの一つと他の一つとを連通させ得る少なくとも一つの第１連通路と、前記ポートのうちの一つと別の一つとを連通させ得る少なくとも一つの第２連通路とが設けられ、前記主弁体を一方向に移動させることにより、前記第１連通路により連通するポート間から前記第２連通路により連通するポート間への流路切換が行われ、該流路切換後に前記主弁体を他方向に移動させることにより、前記第２連通路により連通するポート間から前記第１連通路により連通するポート間への流路切換が行われるようにされる。

【0013】

より具体的な好ましい態様では、前記上側弁シートに第１及び第２ポートが設けられるとともに、前記下側弁シートに第３及び第４ポートが設けられ、前記主弁体に、該主弁体が第１の移動位置をとるとき、前記第１ポートと第３ポートとを連通させる第１連通路及び前記第２ポートと第４ポートとを連通させる第２連通路が設けられるとともに、前記主弁体が第２の移動位置をとるとき、前記第１ポートと第２ポートとを連通させる第３連通路及び前記第３ポートと第４ポートとを連通させる第４連通路が設けられる。

【0014】

他の好ましい態様では、前記複数本の連通路のうちの少なくとも１本は、全体が直線状の通路で構成され、残りの少なくとも１本は、Ｕ字状の通路で構成される。

【0015】

前記連通路の両端部に、好ましくは、前記上側弁シート及び／又は前記下側弁シートにおける各ポートの開口周りに密接する環状シール面を持つ凸部が突設される。

【0017】

好ましい態様では、前記連通路の一つとして、前記上半部と前記下半部とに跨がる分割連通路を有し、該分割連通路のうちの上半部分の下端部及び下半部分の上端部の一方に大径部が形成されるとともに、他方に前記大径部に挿入される円筒部が延設され、前記大径部と前記円筒部との間にＯリングが介装される。

【0018】

他の好ましい態様では、前記上半部と前記上側弁シートとの間及び前記下半部と前記下側弁シートとの間に、前記主弁体の移動時において、該主弁体側のシール面を前記上側弁シート及び前記下側弁シートから離れさせるボール式シール面離隔機構が設けられる。

【0019】

前記ボール式シール面離隔機構は、好ましくは、ボールと、該ボールを、その一部を上下方向に突出させた状態で、回転自在にかつ移動は実質的に阻止した状態で収容する収容部と、前記主弁体の移動開始前及び移動終了時においては、前記主弁体側のシール面が前記上側弁シート及び前記下側弁シートから離れないようにすべく、前記収容部から突出する前記ボールの一部が嵌め込まれ、前記主弁体の移動時においては、前記ボールが前記上半部を押し下げるとともに、前記下半部を押し上げながら転がり出るような寸法形状を持つ凹穴と、を備え、前記ボール及び前記収容部は、前記上半部と前記下半部に２箇所以上に設けられるとともに、前記凹穴は前記上側弁シートと前記下側弁シートにおける、平面視で前記収容部と同一位置及び該位置から前記主弁体が流路切換時に移動する距離だけ離れた位置にそれぞれ設けられる。

【0020】

前記凹穴は、好ましくは、前記上側弁シートと前記下側弁シートに敷設されたレールに形成される。

【0021】

他の好ましい態様では、前記アクチュエータは、前記主弁内の高圧流体が導入される、ピストンにより気密的に仕切られた容積可変の第１作動室及び第２作動室を持つ往復駆動シリンダを備え、前記第１作動室に高圧流体を導入するとともに、前記第２作動室から高圧流体を排出することにより、前記主弁体を一方向に移動させる第１行程と、前記第２作動室に高圧流体を導入するとともに、前記第１作動室から高圧流体を排出することにより、前記主弁体を他方向に移動させる第２行程とを選択的にとり得るように構成される。

【0022】

更に好ましい態様では、前記主弁ハウジングの前面側に前記第１作動室を持つ第１シリンダが設けられるとともに、前記主弁ハウジングの後面側に前記第２作動室を持つ第２シリンダが設けられ、前記主弁体の前面に前記第１シリンダのピストンロッドに連結された第１押動板が対接せしめられるとともに、前記主弁体の後面に前記第２シリンダのピストンロッドに連結された第２押動板が対接せしめられる。

【0023】

更に好ましい態様では、前記第１シリンダ及び前記第２シリンダは、それぞれのピストンを相互に連結する共通のピストンロッドを有し、該ピストンロッドに前記第１押動板及び前記第２押動板が固定されるとともに、前記ピストンロッドにおける前記第１押動板と前記第２押動板との間の部分が、前記主弁体に設けられた前後貫通穴に若干の上下動可能に挿入される。

【0024】

他の好ましい態様では、前記第１行程と前記第２行程との切り換えを、前記第１作動室と前記第２作動室、及び、前記主弁の高圧部分と低圧部分に接続された四方パイロット弁により行うようにされる。

【発明の効果】

【0025】

本発明に係る流路切換弁においては、主弁ハウジングの上側弁シート及び下側弁シートに全てのポートが設けられるので、例えば、ポート間を連通する４本の連通路のうちの２本は、始端から終端までの太さ（通路径）を各ポートの口径と略同じ直線状の通路として、流体をポートから真下もしくは真上にストレートに流すことができ、そのため、主弁（主弁体）内での圧力損失の発生を効果的に抑制できる。また、残りの連通路も、曲がり部分（流れ方向が変わる部分）に特定形状の案内部を設けること等によって、始端から終端まで実効通路面積をさほど変化しないようにできるとともに、曲がり部分でのうず流を発生し難くでき、これによって、連通路内での流体の膨縮が抑えられるとともに、当該連通路を流れる流体に対する抵抗が軽減され、その結果、流体を滑らかに流すことができて圧力損失を軽減でき、トータルでは従来の流路切換弁に比べて圧力損失を相当軽減できる。

【0026】

また、高圧を受ける主弁体が直方体状とされ、その内部に直線貫通路からなる連通路が設けられるとともに、その内部の上下にＵ字状の連通路が設けられるので、全体構造をシンプルなものとすることができるとともに、流路切換バランスも良好なものとなり、さらに、十分な強度や耐久性を確保できる。

【0027】

加えて、シールすべき面、すなわち、流路切換時に主弁体（の上半部及び下半部）が摺接する部分である上側弁シート及び下側弁シートは、平板状とされるので、シールすべき面を平坦な平滑面とする（容易に面精度を上げる）ことができ、これによっても、シール性を格段に向上できる。

【0028】

さらに、主弁ハウジングの上側弁シート及び下側弁シートに全てのポートが設けられることから、配管の取り回しが容易となるとともに、配管を含めた実質的な占有スペースを小さくできる。

【0029】

また、主弁体を上半部と下半部との二分割構成として、上半部と下半部をそれぞれ独立して上下動できるようにするとともに、上半部と下半部との間に圧縮コイルばね等の付勢手段が介装されることにより、その付勢力により、上半部及び下半部を弁シート面に押し付けることができる。加えて、主弁体側（各連通路の両端部）に凸部を突設してその端面を環状シール面とすることで、弁シート面に対接する部分の面積を必要最小限とでき、対接面圧を高めることができる。これらにより、十分なシール性を確保できて、弁洩れを一層効果的に抑制できる。

【0030】

さらに加えて、ボール式シール面離隔機構が設けられることにより、主弁体の移動時（流路切換中）には、主弁体側のシール面が上側弁シート及び下側弁シートの弁シート面から離されるようにされるので、摺動摩擦がほとんど生じず、そのため、スティックスリップ等を生じ難くでき、摺動部分の摩耗を大幅に抑制でき、さらに、摩耗が抑制されることから、シール性が向上して弁洩れをさらに効果的に抑えることができる。

【0031】

上記に加え、本発明に係る流路切換弁をヒートポンプ式冷暖房システム等の、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが流される環境で使用する場合、各連通路は主弁体内で比較的大きく離されて設けられるので、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが近接した状態（薄壁一枚を隔てた状態）で流される従来のものに比べて、主弁ハウジング内での熱交換量を大幅に低減でき、そのため、システムの効率を向上できるという効果も得られる。

【0032】

また、アクチュエータとして主弁内に供給される高圧流体と低圧流体との差圧を利用して主弁体を往復移動させる流体圧式のものが採用されるので、主弁体を電磁式あるいは電動式のアクチュエータで直接移動させる場合に比べて、コスト削減、消費電力の低減、省エネ化等を図ることができる。

【0033】

上記した以外の、課題、構成、及び作用効果は、以下の実施形態により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】本発明に係る流路切換弁の一実施例における、主弁体が第１の移動位置にある状態を示す上面図。

【図2】本発明に係る流路切換弁の一実施例における、主弁体が第２の移動位置にある状態を示す上面図。

【図3】図１のＡ−Ａ矢視線に従う断面図。

【図4】図２のＡ−Ａ矢視線に従う断面図。

【図5】図３のＢ−Ｂ矢視線に従う断面図。

【図6】図４のＢ−Ｂ矢視線に従う断面図。

【図7】図１のＣ−Ｃ矢視線に従う断面図。

【図8】（Ａ）は、図３のＤ−Ｄ矢視線に従う部分断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視線に従う部分断面図。

【図9】上記実施例の流路切換弁に設けられたシール面離隔機構の構成及び動作説明に供される拡大断面図。

【図10】上記実施例の流路切換弁を、それに設けられたアクチュエータに備えられる四方パイロット弁の一例と共に示す部分切欠上面図。

【図11】上記実施例の流路切換弁を、それに設けられたアクチュエータに備えられる四方パイロット弁の一例と共に示す前面図。

【図12】図１０に示される四方パイロット弁を示し、（Ａ）は通電ＯＦＦ時を、（Ｂ）は通電ＯＮ時をそれぞれ示す拡大断面図。

【図13】ヒートポンプ式冷暖房システムの一例を示す概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

【0036】

図１は、本発明に係る流路切換弁の一実施例における、主弁体が第１の移動位置にある状態を示す上面図、図２は、上記実施例の主弁体が第２の移動位置にある状態を示す上面図である。また、図３、図４は、それぞれ図１、図２のＡ−Ａ矢視線に従う断面図、図５、図６は、それぞれ図３、図４のＢ−Ｂ矢視線に従う断面図である。

【0037】

なお、本明細書において、上下、左右、前後等の位置、方向を表わす記述は、説明が煩瑣になるのを避けるために図面に従って便宜上付けたものであり、実際にヒートポンプ式冷暖房システム等に組み込まれた状態での位置、方向を指すとは限らない。

【0038】

また、各図において、部材間に形成される隙間や部材間の離隔距離等は、発明の理解を容易にするため、また、作図上の便宜を図るため、各構成部材の寸法に比べて大きくあるいは小さく描かれている場合がある。

【0039】

図示実施例の流路切換弁１は、スライド式の四方切換弁であり、例えば前述した図１３に示されるヒートポンプ式冷暖房システム１００における四方切換弁１４０として用いられるもので、主弁ハウジング１０とこの主弁ハウジング１０内に前後方向に往復直線移動（以下、前後動と略す場合がある）可能かつ上下動可能に配在された主弁体２０とを有する主弁５と、往復駆動シリンダ５０と四方パイロット弁８０（後述する図１０、図１１参照）とを有する流体圧式のアクチュエータ７とを備える。

【0040】

前記主弁５の主弁ハウジング１０は、アルミあるいはステンレス等の金属材料を素材として金型成形（アルミダイカスト等）により作製されたもので、前面が開口した直方体状の箱形部１０Ｃと、この箱形部１０Ｃの前面開口を気密的に封止するように、かしめ固定されるとともに、はんだ付け、ろう付け、溶接等により密封接合された厚肉矩形板状の前蓋部材１０Ｄとを有する。箱形部１０Ｃの上面部、下面部は、それぞれ上側弁シート１０Ａ、下側弁シート１０Ｂとされ、上側弁シート１０Ａの下面及び下側弁シート１０Ｂの上面は、平坦で滑らかな弁シート面１７、１７となっている。

【0041】

上側弁シート１０Ａの左右には、所定間隔Ｊをあけて管継手からなる第１ポート１１及び第２ポート１２が垂設され、下側弁シート１０Ｂの左右には、所定間隔Ｊをあけて管継手からなる第３ポート１３及び第４ポート１４が垂設されている。ここでは、第１ポート１１と第３ポート１３及び第２ポート１２と第４ポート１４は平面視で同一位置に配在されている。

【0042】

本実施例では、図１３に示される如くのヒートポンプ式冷暖房システム１００に組み込まれた場合において、例えば、第１ポート１１は圧縮機吐出側に接続される吐出側高圧ポートＤとされ、第２ポート１２は室内熱交換器に接続される室内側入出ポートＥとされ、第３ポート１３は室外熱交換器に接続される室外側入出ポートＣとされ、第４ポート１４は圧縮機吸入側に接続される吸入側低圧ポートＳとされる。

【0043】

前記主弁ハウジング１０における上側弁シート１０Ａ及び下側弁シート１０Ｂの左右端近くには、それぞれ主弁体２０を前後動させる際の便宜を図るべく左右一対のレール４４、４４がそのレール面（主弁体対接面）を前記弁シート面１７と面一とされた状態で前後方向に向けて平行に敷設されている（詳細は後述）。

【0044】

主弁ハウジング１０内に配在された主弁体２０は、短角柱状の上半部２０Ａと下半部２０Ｂとの二分割構成となっている。詳しくは、比較的厚みのある第１層部材２１と該第１層部材２１の下面側に溶接等により一体的に接合された第２層部材２２とで上半部２０Ａが構成され、第３層部材２３と該第３層部材２３の下面側に溶接等により一体的に接合された比較的厚みのある第４層部材２４とで下半部２０Ｂが構成されている。

【0045】

前記上半部２０Ａ（の第２層部材２２）と下半部２０Ｂ（の第３層部材２３）との間には、図８に示される如くに、それらを相互に離れる方向に付勢する付勢手段としての４本の圧縮コイルばね２９が縮装されている。４本の圧縮コイルばね２９は、第３層部材２３の上面側の四隅近くに設けられた４個のばね収納穴２３ｈに、その一部を上方に突出させた状態で装填されている。

【0046】

流路切換にあたり、主弁体２０は、後述するアクチュエータ７により、前後方向に往復移動せしめられ、図１及び図５に示される如くの第１の移動位置と、この第１の移動位置から後方に向けて所定距離Ｌ（図１、図２参照）だけ移動させた、図２及び図６に示される如くの第２の移動位置とを選択的にとり得るようにされている。

【0047】

主弁体２０には、第１の移動位置をとるとき、第１ポート１１と第３ポート１３とを連通させる直線状の第１連通路３１及び第２ポート１２と第４ポート１４とを連通させる直線状の第２連通路３２とが設けられるとともに、第２の移動位置をとるとき、第１ポート１１と第２ポート１２とを連通させるＵ字状の第３連通路３３及び第３ポート１３と第４ポート１４とを連通させるＵ字状の第４連通路３４とが設けられている（詳細は後述）。

【0048】

一方、主弁ハウジング１０（の前蓋部材１０Ｄ）の前面側と箱形部１０Ｃの後面側には、前記往復駆動シリンダ５０を構成する第１シリンダ５０Ａと第２シリンダ５０Ｂとが前後方向に沿ってそれぞれ突設されている。

【0049】

第１シリンダ５０Ａは、前蓋部材１０Ｄ（の厚み部分）と前方突出部とに跨って設けられたシリンダ部５１を有し、このシリンダ部５１内には、パッキン５３付きピストン５２が前後方向に摺動可能に嵌挿されるとともに、このパッキン５３付きピストン５２により気密的に封止される容積可変の第１作動室５５Ａが形成されている。

【0050】

第２シリンダ５０Ｂは、主弁ハウジング１０の後方突出部に設けられたシリンダ部５１を有し、このシリンダ部５１内には、パッキン５３付きピストン５２が前後方向に摺動可能に嵌挿されるとともに、このパッキン５３付きピストン５２により気密的に封止される容積可変の第２作動室５５Ｂが形成されている。

【0051】

第１シリンダ５０Ａ及び第２シリンダ５０Ｂは、それぞれのピストン５２、５２を相互に連結する共通のピストンロッド５４を有し、この共通のピストンロッド５４の中間部前端寄りには、主弁体２０の前面に対接せしめられる矩形板状の第１押動板５８Ａが固定されるとともに、その中間部後端寄りには、主弁体２０の後面に対接せしめられる矩形板状の第２押動板５８Ｂが固定されている。第１押動板５８Ａ及び第２押動板５８Ｂは、それぞれ主弁体２０の前面及び後面の略全域を押圧し得る大きさとされている。

【0052】

また、ピストンロッド５４における第１押動板５８Ａと第２押動板５８Ｂとの間の部分が、主弁体２０の略中央部（第３層部材２３）に設けられた断面小判形の前後貫通穴６０に若干の相対上下動可能に挿入されている。

【0053】

なお、第１押動板５８Ａ及び第２押動板５８Ｂのピストンロッド５４への固定は、例えば、図５及び図６に加えて図７を参照すればよくわかるように、第１押動板５８Ａ及び第２押動板５８Ｂの中央部より下側に下面が開口したスリット状切欠部６１が形成されるとともに、ピストンロッド５４には左右両面平行面取りにより左右一対の嵌合溝６２が形成され、前記スリット状切欠部６１の左右両縁部を前記嵌合溝６２に上から圧入気味にその上端部がピストンロッド５４に接するまで押し込むことによりなされ、その後、必要に応じて溶接等により固定される。

【0054】

前記第１シリンダ５０Ａの第１作動室５５Ａには、該第１作動室５５Ａに高圧流体を導入・排出するための第１入出ポート５６Ａが設けられるとともに、前記第２シリンダ５０Ｂの第２作動室５５Ｂには、該第２作動室５５Ｂに高圧流体を導入・排出するための第２入出ポート５６Ｂが設けられている。第１入出ポート５６Ａ及び第２入出ポート５６Ｂは、シリンダ部５１における突出端近傍の（左側の）部位に開口している。

【0055】

ここでは、主弁体２０は、第１押動板５８Ａが前蓋部材１０Ｄに接当してその前方への移動が阻止された第１の移動位置にある状態（図１、図５）と、第２押動板５８Ｂが箱形部１０Ｃの後部壁１０Ｅに接当してその後方への移動が阻止された第２の移動位置にある状態（図２、図６）とを選択的にとり得るようにされている。

【0056】

言い換えれば、前蓋部材１０Ｄと後部壁１０Ｅとは主弁体２０の前後動を制止するストッパの役目を果たし、主弁体２０が第２の移動位置にあるとき（図２）における第１押動板５８Ａと前蓋部材１０Ｄとの離隔距離並びに主弁体２０が第１の移動位置にあるとき（図１）における第２押動板５８Ｂと箱形部１０Ｃの後部壁１０Ｅとの離隔距離は共にＬとされており、したがって、主弁体２０における、第１の移動位置から第２の移動位置までの移動距離並び第２の移動位置から第１の移動位置までの移動距離は共にＬとされる。

【0057】

主弁体２０が第１の移動位置にある状態（図１、図５）において、第１作動室５５Ａに第１入出ポート５６Ａを介して高圧流体を導入するとともに、第２作動室５５Ｂから第２入出ポート５６Ｂを介して高圧流体を排出すると、第１シリンダ５０Ａ及び第２シリンダ５０Ｂのピストン５２、５２が後方に移動し、それに伴い、第１押動板５８Ａにより主弁体２０が第１の移動位置から後方に押し動かされ、やがて第２押動板５８Ｂが箱形部１０Ｃの後部壁１０Ｅに接当してその後方への移動が阻止される。このときの移動距離がＬとされ、このときの位置が第２の移動位置とされる（この第１の移動位置から第２の移動位置への移動を後方移動行程と称す）。

【0058】

それに対し、主弁体２０が第２の移動位置にある状態（図２、図６）において、第２作動室５５Ｂに第２入出ポート５６Ｂを介して高圧流体を導入するとともに、第１作動室５５Ａから第１入出ポート５６Ａを介して高圧流体を排出すると、第１シリンダ５０Ａ及び第２シリンダ５０Ｂのピストン５２、５２が前方に移動し、それに伴い、第２押動板５８Ｂにより主弁体２０が第２の移動位置から前方に押し動かされ、やがて第１押動板５８Ａが前蓋部材１０Ｄに接当してその前方への移動が阻止される。このときの移動距離がＬとされ、このときの位置が第１の移動位置とされる（この第２の移動位置から第１の移動位置への移動を前方移動行程と称す）。

【0059】

次に、主弁体２０とそれに設けられた第１〜第４連通路３１〜３４の構成を詳細に説明する。

【0060】

第１〜第４連通路３１〜３４を構成する、第１〜第４層部材２１〜２４に設けられた各通路部の上面開口及び／又は下面開口は、第１〜第４ポート１１〜１４のうちのいずれか二つと平面視で同一位置に配在されており、また、その口径は各ポート１１〜１４の口径と略同じとされ、さらに、各通路部の実効通路面積（通路径）も全長で各ポート１１〜１４の口径と略同じとされている。

【0061】

主弁体２０の上半部２０Ａの上部を構成する第１層部材２１には、左右に所定間隔Ｊ（第１ポート１１と第２ポート１２との間隔と同じ）をあけて２つの直線貫通路部２１Ａ、２１Ｂが設けられるとともに、第２層部材２２によりその下面開口が閉塞される、平面視直線状の横穴２１Ｅにより結ばれた２つの横穴付き通路部２１Ｃ、２１Ｄが設けられている。横穴付き通路部２１Ｃ、２１Ｄは、左右に所定間隔Ｊをあけて配在されており、２つ合わせてＵ字状の第３連通路３３を形成する。この第３連通路３３の構成、作用効果については、後で詳述する。直線貫通路部２１Ａ、２１Ｂと横穴付き通路部２１Ｃ、２１Ｄとの離隔距離は、主弁体２０の、前述した第１の移動位置から第２の移動位置までの移動距離Ｌと等しくされている。

【0062】

したがって、主弁体２０が第１の移動位置にあるときには、直線貫通路部２１Ａ、２１Ｂが第１ポート１１、第２ポート１２の真下に位置し、主弁体２０を第１の移動位置から距離Ｌだけ後方に移動させると、主弁体２０が第２の移動位置に移動し、直線貫通路部２１Ａ、２１Ｂの上面開口が上側弁シート１０Ａにより閉塞されるとともに、横穴付き通路部２１Ｃ、２１Ｄの上面開口が第１ポート１１、第２ポート１２の真下に位置する。

【0063】

それとは逆に、主弁体２０を第２の移動位置から距離Ｌだけ前方に移動させると、主弁体２０が第１の移動位置に移動し、横穴付き通路部２１Ｃ、２１Ｄの上面開口が上側弁シート１０Ａにより閉塞されるとともに、直線貫通路部２１Ａ、２１Ｂの上面開口が第１ポート１１、第２ポート１２の真下に位置する。

【0064】

主弁体２０の上半部２０Ａの下部を構成する第２層部材２２には、第１層部材２１の直線貫通路部２１Ａ、２１Ｂの真下に位置するように２つの直線貫通路部２２Ａ、２２Ｂが設けられている。

【0065】

また、主弁体２０の下半部２０Ｂの上部を構成する第３層部材２３には、第２層部材２２の直線貫通路部２２Ａ、２２Ｂの真下に位置するように２つの直線貫通路部２３Ａ、２３Ｂが設けられている。

【0066】

主弁体２０の下半部２０Ｂの下部を構成する第４層部材２４には、第１層部材２１と同様に、左右に所定間隔Ｊをあけて２つの直線貫通路部２４Ａ、２４Ｂが設けられるとともに、第３層部材２３によりその上面開口が閉塞される、平面視直線状の横穴２４Ｅにより結ばれた２つの横穴付き通路部２４Ｃ、２４Ｄが設けられている。横穴付き通路部２４Ｃ、２４Ｄは、左右に所定間隔Ｊをあけて配在されており、２つ合わせてＵ字状の第４連通路３４を形成する。直線貫通路部２４Ａ、２４Ｂと横穴付き通路部２４Ｃ、２４Ｄとの離隔距離は、主弁体２０の、前述した第１の移動位置から第２の移動位置までの移動距離Ｌと等しくされている。

【0067】

したがって、主弁体２０が第１の移動位置にあるときには、直線貫通路部２４Ａ、２４Ｂが第３ポート１３、第４ポート１４の真上に位置し、主弁体２０を第１の移動位置から所定距離Ｌだけ後方に移動させると、主弁体２０が第２の移動位置に移動し、直線貫通路部２４Ａ、２４Ｂの下面開口が下側弁シート１０Ｂにより閉塞されるとともに、横穴付き通路部２４Ｃ、２４Ｄの下面開口が第３ポート１３、第４ポート１４の真上に位置する。

【0068】

それとは逆に、主弁体２０を第２の移動位置から距離Ｌだけ前方に移動させると、主弁体２０が第１の移動位置に移動し、横穴付き通路部２４Ｃ、２４Ｄの下面開口が下側弁シート１０Ｂにより閉塞されるとともに、直線貫通路部２４Ａ、２４Ｂの下面開口が第３ポート１３、第４ポート１４の真上に位置する。

【0069】

前記した各連通路３１、３２、３３、３４の両端部には、図３及び図４に示される如くに、上側弁シート１０Ａ、下側弁シート１０Ｂの弁シート面１７、１７における各ポート１１〜１４の開口周りに密接する環状シール面を持つ凸部３６が突設されている。

【0070】

また、第１連通路３１と第２連通路３２は、図３に示される如くに、主弁体２０の上半部２０Ａと下半部２０Ｂとに跨がる分割連通路となっているので、シール性を確保するため、次のような方策が講じられている。すなわち、第１連通路３１を代表して説明するに、第１連通路３１を構成する第２層部材２２の直線貫通路部２２Ａの下部に段付きの大径部２２ｃが形成されるとともに、第３層部材２３の直線貫通路部２３Ａの上端に、前記大径部２２ｃに摺動自在に挿入される円筒状部２３ｃが延設され、大径部２２ｃと円筒状部２３ｃとの間にＯリング２８が介装され、また、Ｏリング２８の脱落を防止するため、大径部２２ｃの下端にはワッシャ２７が溶接等により固定されている。第２連通路３２も同様な構成となっている。

【0071】

上記に加え、本実施例では、主弁体２０の第１層部材２１と上側弁シート１０Ａとの間、及び、第４層部材２４と下側弁シート１０Ｂとの間に、主弁体２０の移動時において、主弁体２０側のシール面を上側弁シート１０Ａ及び下側弁シート１０Ｂの弁シート面１７から離れさせるボール式シール面離隔機構４５が設けられている。

【0072】

ボール式シール面離隔機構４５は、第１層部材２１と上側弁シート１０Ａとの間に設けられたものが図９に代表例で示されているように、ボール４６と、該ボール４６を、その一部を上下方向に突出させた状態で、回転自在にかつ移動は実質的に阻止した状態で収容する収容部４７と、主弁体２０の移動開始前及び移動終了時においては、主弁体２０側のシール面３７が上側弁シート１０Ａの弁シート面１７から離れないように、前記収容部４７から突出する前記ボール４６の一部が嵌め込まれ、主弁体２０の移動開始時（流路切換開始時）においては、ボール４６が主弁体２０を押し下げながら転がり出るような寸法形状とされた円錐台状の凹穴４８とを備えている。この凹穴４８は、上側弁シート１０Ａに敷設されたレール４４に形成されており、また、収容部４７は、丸穴４７ａと該丸穴４７ａに圧入等により固定された、上部が窄まった筒状抜け止め金具４７ｂとで構成されている。

【0073】

前記ボール４６が収容された収容部４７は、主弁体２０の第１層部材２１と第４層部材２４の四隅近くの平面視で同一位置に、前後方向に前記した主弁体２０の移動距離Ｌの２倍の距離をあけて設けられており、また、凹穴４８は、上側弁シート１０Ａ及び下側弁シート１０Ｂに敷設された左右のレール４４、４４の、平面視で前記収容部４７と同一位置及び該位置から前記移動距離Ｌだけ離れた位置の計４箇所ずつ設けられている（図１、図２参照）。

【0074】

なお、前記レール４４は、必ずしも必要とするものではなく、前記凹穴４８を直接上側弁シート１０Ａ及び下側弁シート１０Ｂに設けてもよい。本実施例では、予め、前記のように４箇所に凹穴４８が設けられたレール４４を用意しておき、箱形部１０Ｃの金型成形時に前記レール４４が埋め込まれる長溝を成形し（金型の長溝形成部分は成形後に前方に抜くことができるようにしておく）、成形後に、前記長溝に前記凹穴４８付きレール４４を嵌め込んで固定する手法、あるいは、箱形部１０Ｃの金型成形とともに凹穴４８付きレール４４をインサート成形して一体化する手法等が採られる。

【0075】

前記したボール式シール面離隔機構４５では、主弁体２０の移動開始前及び移動終了時においては、図９（Ａ）に示される如くに、上側弁シート１０Ａの凹穴４８内にボール４６の一部が嵌り込んでいる。この嵌り込み量（上側弁シート１０Ａの弁シート面１７からボール４６の頂上までの高さ）をｈとする。この状態から主弁体２０を移動させ始めると、収容部４７も移動し始め、これに伴ってボール４６は、図９（Ｂ）に示される如くに、主弁体２０（上半部２０Ａ）を、上半部２０Ａと下半部２０Ｂとの間に縮装された圧縮コイルばね２９の付勢力に抗して押し下げながら凹穴４８から転がり出る。これによって、主弁体２０のシール面３７が上側弁シート１０Ａの弁シート面１７から離れる。この際の主弁体２０の押し下げ量は前記嵌り込み量ｈとなる。

【0076】

主弁体２０が前記距離Ｌ分だけ移動すると、ボール４６が次の凹穴４８に嵌り込むので、主弁体２０（上半部２０Ａ）は圧縮コイルばね２９の付勢力によって押し上げられ、主弁体２０のシール面３７が上側弁シート１０Ａの弁シート面１７に押し付けられる。

【0077】

以上の説明から理解されるように、主弁体２０が第１の移動位置をとるとき、第１ポート１１と第３ポート１３とを連通させる第１連通路３１は、直線貫通路部２１Ａ、２２Ａ、２３Ａ、及び２４Ａで構成される直線状通路となり、また、第２ポート１２と第４ポート１４とを連通させる第２連通路３２は、直線貫通路部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、及び２４Ｂで構成される直線状通路となる。

【0078】

それに対し、主弁体２０が第２の移動位置をとるとき、第１ポート１１と第２ポート１２とを連通させる第３連通路３３は、主弁体２０の上半部２０Ａに設けられた横穴付き通路部２１Ｃ及び２１Ｄで構成されるＵ字状通路となり、また、第３ポート１３と第４ポート１４とを連通させる第４連通路３４は、主弁体２０の下半部２０Ｂに設けられた横穴付き通路部２４Ｃ及び２４Ｄで構成されるＵ字状通路となる。

【0079】

ここで、第３連通路３３を形成する横穴付き通路部２１Ｃ、２１Ｄの間並びに第４連通路３４を形成する横穴付き通路部２４Ｃ、２４Ｄの間には、図４に示される如くに、横穴２１Ｅ、２４Ｅ側に膨出し内端側角部が丸みを帯びた左右方向に比較的長い案内部２０Ｇが設けられている。この案内部２０Ｇにより、流体（冷媒）がＵ字状に曲がる部分でのうず流の発生を抑制でき、また、横穴２１Ｅ、２４Ｅの実効通路面積（通路径）と各ポート１１〜１４の口径とが略同じとされるので、第３連通路３３及び第４連通路３４は、全長にわたって通路径が略一定となり、これにより、第３連通路３３及び第４連通路３４内で流体の膨張、収縮が起こらず、そのため、圧力損失を低減できる。

【0080】

仮に、主弁体２０の上半部２０Ａ（第３連通路３３）を第１層部材２１と第２層部材２２の２部材、また、主弁体２０の下半部２０Ｂ（第４連通路３４）を第３層部材２３と第４層部材２４の２部材で形成するのではなく、上半部２０Ａ、下半部２０Ｂをそれぞれ金型成形により一体物として作製する場合には、第３連通路３３及び第４連通路３４の横穴２１Ｅ、２４Ｅ部分がアンダーカット部となるため、第３連通路３３及び第４連通路３４を、前記案内部２０Ｇの無い椀形状とせざるを得ず、その結果、うず流の発生を抑制できず、また、通路径も略一定にはできないため、圧力損失が大きくなる。

【0081】

上記のように、本実施例の流路切換弁１では、主弁体２０を第１の移動位置から後方に向けて距離Ｌだけ移動させる後方移動行程を行うことによって、第１連通路３１により連通するポート１１−１３間及び第２連通路３２により連通するポート１２−１４間から、第３連通路３３により連通するポート１１−１２間及び第４連通路３４により連通するポート１３−１４間への流路切換が行われ、主弁体２０を第２の移動位置から前方に向けて距離Ｌだけ移動させる前方移動行程を行うことによって、第３連通路３３により連通するポート１１−１２間及び第４連通路３４により連通するポート１３−１４間から、第１連通路３１により連通するポート１１−１３間及び第２連通路３２により連通するポート１２−１４間への流路切換が行われる。

【0082】

本実施例の流路切換弁１を、図１３に示される如くのヒートポンプ式冷暖房システムに組み込む際には、前述したように、例えば、第１ポート１１は圧縮機吐出側に接続される吐出側高圧ポートＤ、第２ポート１２は室内熱交換器に接続される室内側入出ポートＥ、第３ポート１３は室外熱交換器に接続される室外側入出ポートＣ、第４ポート１４は圧縮機吸入側に接続される吸入側低圧ポートＳとされる。

【0083】

そして、冷房運転を行う場合には、主弁体２０に第１の移動位置をとらせる。これにより、図３に白抜き矢印で示される如くに、圧縮機からの高圧冷媒が吐出側高圧ポート１１（Ｄ）→直線状の第１連通路３１→室外側入出ポート１３（Ｃ）へと流れるとともに、室内熱交換器からの低圧冷媒が室内側入出ポート１２（Ｅ）→直線状の第２連通路３２→吸入側低圧ポート１４（Ｓ）へと流れる。

【0084】

一方、暖房運転を行う場合には、主弁体２０を第１の移動位置から後方に向けて移動させて第２の移動位置をとらせる。これにより、流路切換が行われ、図４に白抜き矢印で示される如くに、圧縮機からの高圧冷媒が吐出側高圧ポート１１（Ｄ）→Ｕ字状の第３連通路３３→室内側入出ポート１２（Ｅ）へと流れるとともに、室外側熱交換器からの低圧冷媒が室外側入出ポート１３（Ｃ）→逆Ｕ字状の第４連通路３４→吸入側低圧ポート１４（Ｓ）へと流れる。

【0085】

このような構成とされた本実施例の流路切換弁１においては、第１連通路３１及び第２連通路３２は始端から終端までの太さ（通路径）が第１ポート１１及び第２ポート１２の口径と略同じ直線状の通路とされ、冷媒は第１ポート１１及び第２ポート１２から真下にストレートに流れるので、主弁５（主弁体２０）内での圧力損失の発生を効果的に抑制することができる。

【0086】

また、Ｕ字状の第３連通路３３及び第４連通路３４は、前述したように特定形状の案内部２０Ｇが設けられるので、始端から終端まで実効通路面積をさほど変化しないようにできるとともに、Ｕ字状曲がり部分でのうず流を発生し難くでき、これによって、連通路３３、３４内での流体の膨縮が抑えられるとともに、当該連通路３３、３４を流れる流体に対する抵抗が低減され、その結果、流体を滑らかに流すことができて圧力損失を軽減でき、トータルでは従来の流路切換弁に比べて圧力損失を相当軽減できる。

【0087】

また、高圧を受ける主弁体２０が直方体状とされ、その内部に直線貫通路からなる連通路３１、３２が設けられるとともに、その内部の上下にＵ字状の連通路３３、３４が設けられるので、全体構造をシンプルなものとすることができるとともに、流路切換バランスも良好なものとなり、さらに、十分な強度や耐久性を確保できる。

【0088】

加えて、シールすべき面、すなわち、流路切換時に主弁体２０（の上半部２０Ａ及び下半部２０Ｂ）が摺接する部分である上側弁シート１０Ａ及び下側弁シート１０Ｂは、平板状とされるので、シールすべき面を平坦な平滑面とする（容易に面精度を上げる）ことができ、これによっても、シール性を格段に向上できる。

【0089】

さらに、主弁ハウジング１０の上側弁シート１０Ａ及び下側弁シート１０Ｂに全てのポート１１〜１４が設けられることから、配管の取り回しが容易となるとともに、配管を含めた実質的な占有スペースを小さくできる。

【0090】

また、主弁体２０が上半部２０Ａと下半部２０Ｂとの二分割構成とされ、上半部２０Ａと下半部２０Ｂとはそれぞれ独立して上下動できるようにされるとともに、上半部２０Ａと下半部２０Ｂとの間に圧縮コイルばね２９が縮装されているので、そのばね力により、上半部２０Ａは押し上げられてそのシール面が上側弁シート１０Ａの弁シート面１７における各ポート１１、１２周りに押し付けられるとともに、下半部２０Ｂは押し下げられてそのシール面が下側弁シート１０Ｂの弁シート面１７における各ポート１３、１４周りに押し付けられる。

【0091】

この場合、主弁体２０（上半部２０Ａと下半部２０Ｂ）側に凸部３６が突設されてその端面が環状シール面３７とされていることから、弁シート面１７に対接する部分の面積が必要最小限とされ、そのため、対接面圧が高められる。これらの相乗効果により、十分なシール性を確保できて、弁洩れを効果的に抑制できる。

【0092】

さらに加えて、本実施例においては、ボール式シール面離隔機構４５により、主弁体２０の移動時（流路切換中）には、主弁体２０の上半部２０Ａが押し下げられるとともに、下半部２０Ｂが押し上げられて、主弁体２０側のシール面が上側弁シート１０Ａ及び下側弁シート１０Ｂの弁シート面１７、１７から離されるようにされているので、摺動摩擦がほとんど生じず、そのため、スティックスリップ等を生じ難くでき、摺動部分の摩耗を大幅に抑制でき、さらに、摩耗が抑制されることから、シール性が向上して弁洩れを一層効果的に抑えることができる。

【0093】

また、特許文献１に示されるような従来のスライド式主弁体を有する四方切換弁においては、流路の切換時に高圧配管Ｄと低圧配管Ｓとの流路開口面積が急激に変化するため、高圧の冷媒が低圧配管に一気に入り込むことにより異音（切換音）が発生する。この異音を防止するために、冷暖房システム側で圧縮機の周波数を徐々に低下させて、高圧配管Ｄと低圧配管Ｓとの圧力差による異音が許容できる程度の差圧になるようにしてから流路の切り換えを行う必要があった。本実施例の流路切換弁１においては、ボール式シール面隔離機構４５により主弁体を弁シート面から嵌り込み量ｈの分だけ浮かせてから切り換えるので、切換直後から一定の流路開口面積を確保でき、高圧配管Ｄと低圧配管Ｓとの間の流路開口面積が急激に変化することがなく、それゆえ上記の異音の発生を抑制できる。また、嵌り込み量ｈを適宜変更することにより、流路切換時の圧縮機の周波数の低下度合を特許文献１の四方切換弁を用いた冷暖房システムより小さくすることもできるし、圧縮機の周波数の低下を行うことなく流路を切り換えることもできる。

【0094】

上記に加え、本実施例の流路切換弁１をヒートポンプ式冷暖房システム等の、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが流される環境で使用する場合、各連通路３１〜３４は主弁体２０内で比較的大きく離されて設けられているので、高温高圧の冷媒と低温低圧の冷媒とが近接した状態（薄壁一枚を隔てた状態）で流される従来のものに比べて、主弁ハウジング１０内での熱交換量を大幅に低減でき、そのため、システムの効率を向上できるという効果も得られる。

【0095】

なお、上記実施例では、第１層部材２１とこれに接合された第２層部材２２とで上半部２０Ａが、また、第３層部材２３とこれに接合された第４層部材２４とで下半部２０Ｂが構成されていたが、それに代えて、３Ｄプリンター等で上半部２０Ａ及び下半部２０Ｂをそれぞれ初めから一体物として作製してもよいし、更に、上半部２０Ａ及び下半部２０Ｂを一体物として、すなわち主弁体２０を一部材として作製してもよい。

【0096】

また、上記実施例では、四方切換弁１を例示したが、本発明に係る流路切換弁は四方切換弁に限られることはなく、三方切換弁等にも適用できる。三方切換弁の場合は、上記実施例の流路切換弁（四方切換弁）１において、例えば、上半部２０Ａを始めから一体物として作製し（Ｕ字状の連通路を形成する必要がないため）、主弁ハウジング１０に設けられている第２ポート１２を無くすとともに、第２連通路３２及び第３連通路３３を構成する直線貫通路部２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂと横穴付き通路部２１Ｃ、２１Ｄ及びそれに付随する部分を削除し、連通路は、主弁体２０が第１の移動位置をとるとき、第１ポート１１と第３ポート１３とを連通させる直線状の第１連通路３１と、主弁体２０が第２の移動位置をとるとき、第３ポート１３と第４ポート１４とを連通させるＵ字状の第４連通路３４との２本構成とすればよい。

【0097】

なお、上記三方切換弁を前述したヒートポンプ式冷暖房システムに使用する場合には、当該三方切換弁を２個使用して四方切換弁として働かせる、あるいは、冷媒又は冷気・暖気供給先の切り換え（例えば、２室のうちの一方に送るか、他方に送るかの切り換え）等に使用する。

【0098】

次に、図１０〜図１２を参照しながら、第１及び第２シリンダ５０Ａ、５０Ｂを有するアクチュエータ７に備えられる四方パイロット弁８０の構成並びに動作について説明する。

【0099】

本実施例においては、前記流路切換、すなわち、後方移動行程と前方移動行程との切り換えは、第１及び第２シリンダ５０Ａ、５０Ｂにおける第１入出ポート５６Ａと第２入出ポート５６Ｂ、及び、主弁５の高圧部分である第１ポート１１（吐出側高圧ポートＤであり、高圧ポート１１と称することがある）と低圧部分である第４ポート１４（吸入側低圧ポートＳであり、低圧ポート１４と称することがある）に接続された電磁式の四方パイロット弁８０により行うようにされている。

【0100】

四方パイロット弁８０は、主弁ハウジング１０における箱形部１０Ｃの左側面部の後部に、コ字状の基端側取付具６５及び受け側取付具６６を介して横置きで取り付けられている（取付具６５、６６等の詳細は後述）。

【0101】

四方パイロット弁８０は、その構造自体はよく知られているもので、図１２に示される如くに（図１２では、他の図面と上下方向及び前後方向が異なる）、通電励磁用のコイル８２ａ、このコイル８２ａの外周を覆うカバーケース８２ｂ、コイル８２ａの内周側に配在されてボルト８２ｃによりカバーケース８２ｂに固定された吸引子８４、この吸引子８４に対向配置されたプランジャ８５等を備えている。プランジャ８５は、コイル８２ａと吸引子８４との間にその一端部（図１２では上端部、以下同じ）が配在された円筒状のガイドパイプ８６に摺動自在に嵌挿されている。ガイドパイプ８６の上端部は吸引子８４の外周段丘部に溶接等により固定され、その下端側開口部には、細管挿着穴を有するフィルタ付き蓋部材８１が溶接・ろう付け・かしめ等により気密的に取着されており、蓋部材８１とプランジャ８５とガイドパイプ８６とで囲まれる領域が弁室８８となっている。

【0102】

また、吸引子８４とプランジャ８５との間には、プランジャ８５を吸引子８４から離れる方向（図１２では下方）に付勢するプランジャばね８７が縮装されている。

【0103】

ガイドパイプ８６におけるプランジャ８５の下端と蓋部材８１との間には取付開口８６ａが形成され、この取付開口８６ａに、その内端面が弁座（弁シート）９２とされ、その上面（プランジャ８５側の面）がプランジャ８５の吸引子８４から離れる方向の移動を制止するストッパ面とされる断面外形が矩形ないしかまぼこ状の弁座ブロック８３の弁座側とは反対側の端部外周が溶接等により気密的に密封接合されている。前記弁座ブロック８３の弁座側とは反対側はガイドパイプ８６の外周面に沿うような円筒面とされ、この弁座ブロック８３の円筒面とガイドパイプ８６の取付開口８６ａの接合部周りとは、後述する受け側取付具６６の断面円弧状の取付受座６６ａ（図１１も参照）に密着せしめられて溶接等により密封接合されており、これによって、四方パイロット弁８０が受け側取付具６６及び基端側取付具６５を介して主弁ハウジング１０に取り付け固定されている。

【0104】

プランジャ８５の吸引子８４側とは反対側の端部には、弁体９１をその自由端側で厚み方向に摺動可能に保持する弁体ホルダ９０がその幅広の基端部９６をかしめ等により取付固定されている。弁体ホルダ９０には、弁体９１を弁座９２に押し付ける方向（厚み方向）に付勢する板ばね９４が取り付けられている。弁体９１は弁座９２のシート面をプランジャ８５の上下動に伴って摺動するようになっている。

【0105】

前記弁座９２には、下から順にポートａ、ポートｂ、ポートｃが設けられており、また、弁体９１には、ポートａとポートｂ及びポートｂとポートｃを選択的に連通させ得る、厚み方向に凹む凹部９３が設けられている。弁座ブロック８３には、ポートａのみに連通するように細管９５ａの一端部が、ポートｂのみに連通するように細管９５ｂの一端部が、ポートｃのみに連通するように細管９５ｃの一端部がそれぞれ挿着されている。また、蓋部材８１には細管９５ｄの一端部が挿着されている。

【0106】

一方、図１０及び図１１に示される如くに、細管９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、及び９５ｄは、主弁ハウジング１０の外表面に沿うように引き回されており、細管９５ａの他端部は、第１シリンダ５０Ａの第１入出ポート５６Ａを介して第１作動室５５Ａに接続され、細管９５ｂの他端部は、低圧ポート１４に接続され、細管９５ｃの他端部は、第２シリンダ５０Ｂの第２入出ポート５６Ｂを介して第２作動室５５Ｂに接続されている。また、細管９５ｄの他端部は、高圧ポート１１に接続されている。

【0107】

次に、四方パイロット弁８０を主弁ハウジング１０における箱形部１０Ｃの左側面部の後部に横置きで取り付けるための基端側取付具６５及び受け側取付具６６等について説明する。基端側取付具６５は、矩形平板状の縦辺部６５ａと上下の横辺部６５ｂ、６５ｃとを有し、縦辺部６５ａ（の外周部）が主弁ハウジング１０における箱形部１０Ｃの左側面部の後部に溶接等により固定されている。また、横辺部６５ｂ、６５ｃには、それぞれ受け側取付具６６との連結固定に供される止めねじ７０の通し穴が形成されており、下側の横辺部６５ｃにおける通し穴の内面側外周縁部には前記止めねじ７０が螺合するバーリング部６５ｄが形成されている。

【0108】

一方、受け側取付具６６は、基端側取付具６５を左右反転させたような逆コ字状とされ、その縦辺部が四方パイロット弁８０のガイドパイプ８６の外周面に沿うような断面円弧状の取付受座６６ａ（図１１も参照）とされ、この取付受座６６ａの上下両端に矩形平板状の横辺部６６ｂ、６６ｃが設けられている。受け側取付具６６の横辺部６６ｂ、６６ｃの間隔は基端側取付具６５と同じであるが、横辺部６６ｂ、６６ｃの幅は基端側取付具６５のそれより広くされており、受け側取付具６６の上下の横辺部６６ｂ、６６ｃはそれぞれ基端側取付具６５の上下の横辺部６５ｂ、６５ｃの下側に位置せしめられている。また、横辺部６６ｂ、６６ｃには、それぞれ基端側取付具６５との連結固定に供される止めねじ７０の通し穴が形成されており、上側の横辺部６６ｂにおける通し穴の内面側外周縁部には前記止めねじ７０が螺合するバーリング部６６ｄが形成されている。

【0109】

四方パイロット弁８０を主弁ハウジング１０に取り付けるにあたっては、前述したように弁座ブロック８３とガイドパイプ８６の取付開口８６ａの接合部周りとを受け側取付具６６の取付受座６６ａに溶接等により接合した後、受け側取付具６６を基端側取付具６５に止めねじ７０、７０で締付固定するようにされる。

【0110】

このような構成とされた四方パイロット弁８０においては、通電ＯＦＦ時には、図１２（Ａ）に示される如くに、プランジャ８５はプランジャばね８７の付勢力により、その下端が弁座ブロック８３に接当する位置まで押し下げられている。この状態では、弁体９１がポートａとポートｂ上に位置し、その凹部９３によりポートａとポートｂが連通するとともに、ポートｃと弁室８８とが連通するので、高圧ポート１１の高圧流体が細管９５ｄ→弁室８８→ポートｃ→細管９５ｃ→第２入出ポート５６Ｂを介して第２作動室５５Ｂに導入されるとともに、第１作動室５５Ａの高圧流体が第１入出ポート５６Ａ→細管９５ａ→ポートａ→凹部９３→ポートｂ→細管９５ｂ→低圧ポート１４へと流れて排出される。

【0111】

それに対し、通電ＯＮ時には、図１２（Ｂ）に示される如くに、プランジャ８５は吸引子８４の吸引力により、その上端が吸引子８４に接当する位置まで引き寄せられる。このときには、弁体９１がポートｂとポートｃ上に位置し、その凹部９３によりポートｂとポートｃが連通するとともに、ポートａと弁室８８とが連通するので、高圧ポート１１の高圧流体が細管９５ｄ→弁室８８→ポートａ→細管９５ａ→第１入出ポート５６Ａを介して第１作動室５５Ａに導入されるとともに、第２作動室５５Ｂの高圧流体が第２入出ポート５６Ｂ→細管９５ｃ→ポートｃ→凹部９３→ポートｂ→細管９５ｂ→低圧ポート１４へと流れて排出される。

【0112】

したがって、通電ＯＦＦから通電ＯＮにすると、前記後方移動行程がとられ、主弁体２０が第１の移動位置から第２の移動位置へと移動し、前記した如くの流路切換が行われる一方、通電ＯＮから通電ＯＦＦにすると、前記前方移動行程がとられ、主弁体２０が第２の移動位置から第１の移動位置へと移動し、前記した如くの流路切換が行われる。

【0113】

このように、本実施例の流路切換弁１においては、前記した主弁５の構成による効果に加えて、次のような効果が得られる。

【0114】

すなわち、電磁式四方パイロット弁８０への通電をＯＮ／ＯＦＦで切り換えることで、主弁５内を流通する高圧流体と低圧流体との差圧を利用して主弁体２０を往復移動させるようにされているので、主弁体２０を電磁式あるいは電動式のアクチュエータで直接移動させる場合に比べて、コスト削減、消費電力の低減、省エネ化等を図ることができる。

【0115】

なお、本発明に係る流路切換弁は、ヒートポンプ式冷暖房システムのみならず、他のシステム、装置、機器類にも組み込めることは勿論である。

【0116】

また、主弁ハウジング１０や主弁体２０等の素材は、特に制限されず、アルミやステンレス等の金属、合成樹脂等の、導入される流体の圧力に耐えられるものであれば、いかなるものであってもよい。

【符号の説明】

【0117】

１ 流路切換弁
５ 主弁
７ アクチュエータ
１０ 主弁ハウジング
１０Ａ 上側弁シート
１０Ｂ 下側弁シート
１０Ｃ 箱形部
１０Ｄ 前蓋部材
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 第３ポート
１４ 第４ポート
１７ 弁シート面
２０ 主弁体
２０Ａ 上半部
２０Ｂ 下半部
２１ 第１層部材
２２ 第２層部材
２３ 第３層部材
２４ 第４層部材
２９ 圧縮コイルばね
３１ 第１連通路
３２ 第２連通路
３３ 第３連通路
３４ 第４連通路
３６ 凸部
４４ レール
４５ ボール式シール面離隔機構
４６ ボール
４７ 収容部
４８ 凹穴
５０ 往復駆動シリンダ
５０Ａ 第１シリンダ
５０Ｂ 第２シリンダ
５５Ａ 第１作動室
５５Ｂ 第２作動室
５６Ａ 第１入出ポート
５６Ｂ 第２入出ポート
５８Ａ 第１押動板
５８Ｂ 第２押動板
８０ 四方パイロット弁
８３ 弁座ブロック
８５ プランジャ
８８ 弁室
９０ 弁体ホルダ
９１ 弁体
９２ 弁座
９３ 凹部
ａ、ｂ、ｃ ポート（四方パイロット弁）
９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ 細管
Ｄ 吐出側高圧ポート
Ｓ 吸入側低圧ポート
Ｃ 室外側入出ポート
Ｅ 室内側入出ポート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】