特許 7437342 スライド式切換弁

(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】

(24)【登録日】2024-02-14

(45)【発行日】2024-02-22

(54)【発明の名称】スライド式切換弁

(51)【国際特許分類】

   F16K 11/065 20060101AFI20240215BHJP

【ＦＩ】

F16K11/065 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021053597

(22)【出願日】2021-03-26

(65)【公開番号】P2022150817

(43)【公開日】2022-10-07

【審査請求日】2022-12-06

(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】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 裕正

【審査官】橋本 敏行

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２５７５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２１３７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１０５１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８１２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１７２６１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２１４９８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｋ ３／００－３／３６

１１／００－１１／２４

２７／００－２７／１２

Ｆ２５Ｂ ３１／００－３１／０２

３９／００－４１／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空筒状の弁本体と、前記弁本体の内部にスライド自在に設けられた弁体と、前記弁本体に固定されて前記弁体が摺接する板状の摺接部材と、を備えたスライド式切換弁であって、
前記摺接部材は、全体板状に形成されるとともに、前記弁体のスライド方向に並ぶ複数の弁ポートと、前記弁本体の内部側にて前記弁体が摺接する平坦な摺接面と、前記摺接面と反対側にて前記弁本体に固定される平坦な固定面と、を有し、
前記摺接部材の前記固定面の略全面に凹凸部が設けられていることを特徴とするスライド式切換弁。

【請求項2】

前記凹凸部は、離散的に複数設けられるディンプル状の凹みで構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスライド式切換弁。

【請求項3】

前記凹凸部は、前記弁ポートを囲む複数の環状溝で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスライド式切換弁。

【請求項4】

前記凹凸部は、前記弁ポートに連続せずに直線状に延びる複数の直線溝で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスライド式切換弁。

【請求項5】

前記凹凸部は、前記弁ポートに連続せずに直線状に延びる複数の直線溝と、前記直線溝に交差する複数の交差溝、または前記直線溝から分岐する複数の分岐溝と、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスライド式切換弁。

【請求項6】

前記弁ポート内周縁の摺接面側には面取りが設けられていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載のスライド式切換弁。

【請求項7】

前記摺接部材は前記弁本体に接着剤による接着により固定されていることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載のスライド式切換弁。

【請求項8】

前記弁本体が樹脂成形により形成されていることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のスライド式切換弁。

【請求項9】

前記摺接部材は前記弁本体にインサート成形により一体化されていることを特徴とする請求項８に記載のスライド式切換弁。

【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システムに使用するのに適したスライド式切換弁に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、冷凍サイクルなどにおいて冷媒の流路を切り換える切換弁として、筒状の弁本体と、弁本体内部にスライド自在に設けられた碗状の弁体と、弁本体に固定されて複数の継手管が接続される弁座部材と、弁座部材に固定されて複数の弁ポートを有する板状の密封板と、を備えたスライド式切換弁が知られている（特許文献１）。板状の密封板は、弁本体の内部側にて弁体が摺接する摺接面と、摺接面の反対側にて弁座部材に固定される固定面と、を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】中国特許公開第１０７７８１４５５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した従来の切換弁において、板状の密封板は、その素材の板材に元々有る反りが、成形後にも残ってしまうことがあり、平坦度が得られ難い。このため、密封板と弁体との間の安定したシール性が得られない可能性がある。

【0005】

本発明は、スライド式切換弁において、弁体が摺接する板状の摺接部材の平坦度を矯正して反りを抑制することにより良好なシール性を得るとともに、弁本体との密着度を高めて固定強度を確保することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のスライド式切換弁は、中空筒状の弁本体と、前記弁本体の内部にスライド自在に設けられた弁体と、前記弁本体に固定されて前記弁体が摺接する板状の摺接部材と、を備えたスライド式切換弁であって、前記摺接部材は、全体板状に形成されるとともに、前記弁体のスライド方向に並ぶ複数の弁ポートと、前記弁本体の内部側にて前記弁体が摺接する平坦な摺接面と、前記摺接面と反対側にて前記弁本体に固定される平坦な固定面と、を有し、前記摺接部材の前記固定面の略全面に凹凸部が設けられていることを特徴とする。

【0007】

この際に、前記凹凸部は、離散的に複数設けられるディンプル状の凹みで構成されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【0008】

また、前記凹凸部は、前記弁ポートを囲む複数の環状溝で構成されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【0009】

また、前記凹凸部は、前記弁ポートに連続せずに直線状に延びる複数の直線溝で構成されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【0010】

また、前記凹凸部は、前記弁ポートに連続せずに直線状に延びる複数の直線溝と、前記直線溝に交差する複数の交差溝、または前記直線溝から分岐する複数の分岐溝と、で構成されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【0011】

また、前記弁ポート内周縁の摺接面側には面取りが設けられていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【0012】

また、前記摺接部材は前記弁本体に接着剤による接着により固定されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【0013】

また、前記弁本体が樹脂成形により形成されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【0014】

また、前記摺接部材は前記弁本体にインサート成形により一体化されていることを特徴とするスライド式切換弁が好ましい。

【発明の効果】

【0015】

本発明のスライド式切換弁によれば、摺接部材の固定面に凹凸が設けられているので、摺接面の平坦度を矯正して弁体との良好なシール性を得ることができ、この摺接部材と弁本体との密着度を高めて固定強度を確保することができる。また、弁本体との密着度が高まることで、摺接部材と弁本体との固定部からの裏漏れを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の実施形態のスライド式切換弁の第１状態の縦断面図である。

【図2】実施形態のスライド式切換弁の第２状態の縦断面図である。

【図3】図１のＡ－Ａ矢視断面図である。

【図4】実施形態のスライド式切換弁における弁座部材（摺接部材）の固定面の平面図である。

【図5】実施形態のスライド式切換弁における弁座部材（摺接部材）の固定面の変形例を示す図である。

【図6】実施形態のスライド式切換弁における弁座部材（摺接部材）の一部拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明のスライド式切換弁の実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態のスライド式切換弁の第１状態の縦断面図、図２は実施形態のスライド式切換弁の第２状態の縦断面図、図３は図１のＡ－Ａ矢視断面図、図４は実施形態のスライド式切換弁における弁座部材（摺接部材）の固定面の平面図、図５は実施形態のスライド式切換弁における弁座部材（摺接部材）の固定面の変形例を示す図、図６は実施形態のスライド式切換弁における弁座部材（摺接部材）の一部拡大断面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１及び図２の図面における上下に対応する。

【0018】

図１に示すように、このスライド式切換弁は、弁本体１と、弁体２と、「付勢部材」としての板バネ３と、「摺接部材」としての弁座部材４と、ハウジング５と、ホルダ部６と、マグネットロータ７と、ステータコイル８とを備えている。

【0019】

弁本体１は樹脂成形により略円筒形状に形成されており、その内側に略円柱状の弁室１Ａを有している。また、弁本体１は、軸線Ｘと平行な弁体２のスライド方向と平行な側壁部１１と、この側壁部１１と交差する底部１２とを有している。そして、弁本体１の側壁部１１には第１ポート１３Ｅ、出口ポート１３Ｓおよび第２ポート１３Ｃが設けられ、さらに、弁本体１の前記底部１２には、入口ポート１３Ｄが設けられている。なお、第１ポート１３Ｅ、出口ポート１３Ｓおよび第２ポート１３Ｃは、側壁部１１の一部に弁体２のスライド方向に沿って一直線状に設けられている。また、弁本体１の外側面には係合突起１Ｂが形成されており、係合溝５Ｂと係合することでハウジング５に対する弁本体１の回転位置が規制される。これにより、弁本体１の第１ポート１３Ｅ，出口ポート１３Ｓ、および第２ポート１３Ｃと、後述のハウジング５側のハウジング側流路５１Ｅ、５１Ｓ、５１Ｃとの相対位置の位置合わせを容易に行える等、ハウジング５に対する弁本体１の組付けが容易になっている。なお、弁本体１側に係合溝を設け、ハウジング５側に係合突起を設けることによりハウジング５に対する弁本体１の回転位置を規制してもよい。なお、本形態では材質をポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂としたが、この他真鍮、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属等、適宜な材質で構成してもよい。

【0020】

弁体２は膨出部２１と膨出部２１からホルダ部６側に延設されたフック部２２とを有し、膨出部２１の内側には椀状凹部２１Ａが形成されている。そして、弁体２は、図１の下側（第１状態）の切換の端部位置において、出口ポート１３Ｓと第１ポート１３Ｅとを椀状凹部２１Ａにより連通させる。このとき、第２ポート１３Ｃは弁室１Ａ内で入口ポート１３Ｄに連通する。また、弁体２は、図２の上側（第２状態）の切換の端部位置において、出口ポート１３Ｓと第２ポート１３Ｃとを椀状凹部２１Ａにより連通させる。このとき、第１ポート１３Ｅは弁室１Ａ内で出口ポート１３Ｄに連通する。

【0021】

また、弁体２のフック部２２は、軸線Ｘに沿って延びる角丸角柱状のガイド軸２３の端部に係合されている。すなわち、ガイド軸２３はホルダ部６に嵌挿されて弁体２側の外周に係合溝２３１を有し、一対の弁体２のフック部２２が係合溝２３１に係合されている。さらにガイド軸２３の中心には、軸線Ｘと同軸の雌ねじ部２３ａとそのねじ孔が形成されている。さらに、弁体２の膨出部２１の上部には、「付勢部材」としての板バネ３が膨出部２１のボス部２１ａにより取り付けられている。

【0022】

板バネ３は、弁体２のスライド方向（軸線Ｘに沿った方向）を長手方向とする基部３１と、この基部３１の両端にスライド方向と交差した方向に折り返された一対の折り返し部３２とを有している。そして、この折り返し部３２には凸部３３がそれぞれ設けられ、折り返し部３２の弾性力により凸部３３は弁本体１の内周面に当接されている。これにより、図３に示すように、弁体２は後述の弁座部材４の弁座面４Ａに押圧される。

【0023】

弁本体１の弁室１Ａ内には、弁本体１に接着剤等で接着して固定された、または弁本体１と共にインサート成形されて固定された薄型金属板からなり、プレス成形等で加工された「摺接部材」としての弁座部材４を備えるとともに、弁本体１の底部１２とは反対側の端部にはケース１５が固定されている。弁座部材４の軸線Ｘ側の面は弁体２が摺接する「摺接面」としての弁座面４Ａとなるとともに、この弁座部材４には、第１ポート１３Ｅに対向する弁ポート４Ｅと、出口ポート１３Ｓに対向する弁ポート４Ｓと、第２ポート１３Ｃに対向する弁ポート４Ｃとが形成されている。また、図６は図１に一点鎖線の丸Ｐで示す部分の拡大断面図であり、例えば出口ポート１３Ｓに対向する弁ポート４Ｓの周囲の例を示している。なお、弁ポート４Ｅ，４Ｃも弁ポート４Ｓと同様な構造である。弁ポート４Ｓの弁座面４Ａ側の縁には、「面取り」として図６（Ａ）に示すＲ面４ａまたは図５（Ｂ）に示すテーパ面４ｂが形成されている。これにより、弁体２が弁座面４Ａ上を摺動するとき、弁体２が弁ポート４Ｓ，４Ｅ，４Ｃの縁に引っ掛かることなく安定した作動が得られる。そして、弁座部材４の弁座面４Ａとは反対側の面は、弁本体１に固定される固定面４Ｂとなっており、この固定面４Ｂには後述のように凹凸部が設けられている。なお、弁座部材４の弁ポート４Ｓ，４Ｅ，４Ｃ、弁座面４Ａの「面取り」、固定面４Ｂの凹凸部は、プレス成形で全て形成されてもよく、この際「面取り」はプレス成形等のせん断加工によるダレ面とすることが好ましい。また「面取り」は、弁ポートと後述の「凹凸部」のプレス成形後に、別途機械加工による切削加工や治具押し付けによる塑性加工等、適宜な工法で形成してもよい。弁座部材４の材質は、真鍮、鉄、アルミニウム、ステンレス等の金属等、適宜な材質で構成すればよい。また加工方法も、プレス成形の他に板材から切削加工にて加工してもよい。

【0024】

ハウジング５はアルミダイキャスト製で、軸線Ｘを中心とする略円筒形状の収容室５Ａを有しており、この収容室５Ａ内に弁本体１が収容されている。ハウジング５は、内周に弁本体１の係合突起１Ｂと係合する係合溝５Ｂを有している。なお、弁本体１とハウジング５との間には所定位置でＯリング１０によりシールされている。また、ハウジング５には、収容室５Ａの側壁部に開口するハウジング側流路５１Ｅ，５１Ｓ，５１Ｃが形成され、弁本体１とハウジング５との間の間隙を介して、弁本体１側の第１ポート１３Ｅ，出口ポート１３Ｓ、および第２ポート１３Ｃのそれぞれと連通している。また、ハウジング５の弁本体１の底部１２と対向する位置には、ハウジング側流路５１Ｄが形成され、入口ポート１３Ｄを介して弁室１Ａと連通している。

【0025】

ホルダ部６は主に樹脂製であり、略円柱状の弁ガイド部６１と、弁ガイド部６１の上端部に形成された軸受部６２と、弁ガイド部６１の外周にインサート成形により設けられた金属製で略円盤状の固定蓋６３とで構成されている。そして、ホルダ部６は固定蓋６３を介して弁本体１に固定されたケース１５の上端部に溶接により固定されている。なお、ハウジング５の上端部と固定蓋６３との間には、ハウジング５と弁本体１とを固定するＣリング２０が嵌合されている。弁ガイド部６１には、軸線Ｘと同軸で角丸の角柱空洞のガイド孔６１ａが形成されている。そして、ガイド孔６１ａ内に、弁体２のフック部２２に係合されたガイド軸２３が挿通されている。

【0026】

また、固定蓋６３には、弁本体の弁室１Ａ及びケース１５の内部を密閉するキャン６４が固定されており、このキャン６４内にマグネットロータ７が収容されている。マグネットロータ７の中心にはロータ軸７１が取り付けられ、ロータ軸７１の弁体２側の外周には、弁体２に係合されたガイド軸２３の雌ねじ部２３ａに螺合する雄ねじ部７１ａが形成されている。また、このロータ軸７１はホルダ部６の軸受部６２にて支持されている。これによりマグネットロータ７は、キャン６４内で回動自在に支持されている。なお、ガイド孔６１ａの上部において、軸受部６２とロータ軸７１のフランジ部７２との間、および、マグネットロータ７と軸受部６２との間には摺動ワッシャ６６，６７が配設されている。

【0027】

ステータコイル８は、樹脂製のボビン８１にコイル８２Ａ、８２Ｂを巻装することで、軸線Ｘ方向に一対のコイル部を積層して構成され、ボビン８１には、磁極歯８３ａを持つ継鉄（ヨーク）８３がモールド成形により一体に組み付けられている。また、ステータコイル８は、中央に軸線Ｘを中心とする円柱形状の嵌挿孔８Ｈを有しており、この嵌挿孔８Ｈの内周面の一部に継鉄８３の磁極歯８３ａが配置されている。そして、ステータコイル８は、嵌挿孔８Ｈ内に弁本体１のキャン６４が嵌挿されることで弁本体１に装着されている。これにより、ステータコイル８の磁極歯８３ａがキャン６４の外周面に対向配置される。

【0028】

以上の構成により、ステータコイル８のコイル８２Ａ、コイル８２Ｂへのパルス出力の印加によりコイル８２Ａ、コイル８２Ｂが磁力線を発生する。これにより、磁極歯８３ａの磁極（Ｎ、Ｓ極）が交互に変化し、マグネットロータ７に対して磁気吸引力及び磁気反発力を発生し、マグネットロータ７とロータ軸７１が回転する。これによりロータ軸７１の雄ねじ部７１ａと、弁体２に係合されたガイド軸２３の雌ねじ部２３ａとによるネジ送り機構によりこのガイド軸２３が軸線Ｘ方向に移動し、このガイド軸２３と共に弁体２が軸線Ｘ方向にスライドする。そして、図１の第１状態から図２の第２状態へ、あるいは、図２の第２状態から図１の第１状態へと、流路が切換られる。このように、ロータ軸７１、マグネットロータ７、及びネジ送り機構が「駆動部」を構成している。

【0029】

ハウジング側流路５１Ｄは、圧縮機の吐出口に接続され、高温高圧の冷媒を弁本体１の弁室１Ａに導入し、ハウジング側流路５１Ｓは、圧縮機の吸入口に接続され、圧縮機に冷媒を戻す。また、ハウジング側流路５１Ｅは、冷凍サイクルの蒸発器に連通され、ハウジング側流路５１Ｃは、冷凍サイクルの凝縮器に連通される。そして、図１の第１状態では、入口ポート１３Ｄから流入する高温冷媒は、弁室１Ａを介して第２ポート１３Ｃへ流れ、図２の第２状態では、入口ポート１３Ｄから流入する高温冷媒は、弁室１Ａを介して第１ポート１３Ｅへ流れる。

【0030】

図４は弁座部材４の固定面４Ｂの平面図であり、この固定面４Ｂには、弁座部材４のプレス成形の際に加工された「凹凸部」としての、ディンプル状の凹み４１が設けられている。この凹み４１は弁ポート４Ｃ，４Ｓ，４Ｅの周囲に離散的に複数設けられている。このように、摺接部材である弁座部材４の固定面４Ｂに凹凸が設けられているので、板状の弁座部材４の平坦度が矯正され、弁座面４Ａ（摺接面）と弁体２との良好なシール性を得ることができる。また、弁本体１と接着またはインサート成形されるときの、弁本体１に対する座部材４の密着度が高まり、固定強度を確保することができる。したがって、弁本体１との密着度が高まることで、弁座部材４の固定面４Ｂと弁本体１との固定部からの裏漏れを抑制することができる。

【0031】

図５は弁座部材４の凹凸部の変形例を示す図であり、図５（Ａ）の変形例１は、固定面４Ｂに「凹凸部」としての環状溝４２を形成した例であり、この円形の環状溝４２は弁ポート４Ｃ，４Ｓ，４Ｅを囲む複数の環状溝で構成されている。図５（Ｂ）の変形例２は、固定面４Ｂに「凹凸部」としての多角形の環状溝４３を形成した例であり、この環状溝４３は弁ポート４Ｃ，４Ｓ，４Ｅを囲む複数の環状溝で構成されている。これらの、変形例１と変形例２では、図４の実施形態の作用効果に加え、複数の環状溝によるラビリンス効果を得られるので、更に弁座部材４の固定面４Ｂと弁本体１との固定部からの裏漏れの発生を抑制することができる。

【0032】

図５（Ｃ）の変形例３は、固定面４Ｂに「凹凸部」としての直線状に延びる複数の直線溝４４を形成した例であり、この直線溝４４は弁ポート４Ｃ，４Ｓ，４Ｅに連続せずに形成したものである。図５（Ｄ）の変形例４は、固定面４Ｂに「凹凸部」としての複数の直線溝４５と、直線溝４５から分岐する複数の分岐溝４６とを形成した例であり、この直線溝４５と分岐溝４６は弁ポート４Ｃ，４Ｓ，４Ｅに連続せずに形成したものである。なお、変形例４について、本形態では直線溝４５から分岐する複数の分岐溝４６で形成されているが、直線溝４５を突き抜けることで交差する複数の交差溝で形成されてもよいし、複数の分岐溝と交差溝を組み合わせて形成されてもよい。これらの、変形例３と変形例４では、図４の実施形の作用効果に加え、弁座部材４の外縁から溝を経由した弁ポート４Ｃ，４Ｓ，４Ｅまでの沿面距離が長くなるので、更に弁座部材４の固定面４Ｂと弁本体１との固定部からの裏漏れの発生を抑制することができる。以上の変形例には、複雑な「凹凸部」の形状もあるが、前記の如くプレス成形の際に成形型にて成形されるので容易に加工ができる。

【0033】

前記弁座部材４の「凹凸部」について、凹み４１の深さ、環状溝４２，４３、直線溝４４，４５、分岐溝４６等の溝深さは、弁座部材４の板厚の約３％から８０％とするのが好ましい。また、凹み４１のディンプル径、環状溝４２，４３、直線溝４４，４５、分岐溝４６等の溝幅は、約０．２５～２ｍｍとするのが好ましい。また、溝部とその回りの凸部の面積の比率（間隔）は、溝部が約３０～６０％とするのが好ましい。

【0034】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

【符号の説明】

【0035】

１ 弁本体
１Ａ 弁室
１１ 側壁部
１２ 底部
１３Ｅ 第１ポート
１３Ｃ 第２ポート
１３Ｓ 出口ポート
１３Ｄ 入口ポート
２ 弁体
２１ 膨出部
２３ ガイド軸
２３ａ 雌ねじ部
３ 板バネ（付勢部材）
３１ 基部
３２ 折り返し部
４ 弁座部材（摺接部材）
４Ａ 弁座面（摺接面）
４Ｂ 固定面
４１ 凹み（凹凸部）
４２ 環状溝（凹凸部）
４３ 環状溝（凹凸部）
４４ 直線溝（凹凸部）
４５ 直線溝（凹凸部）
４６ 分岐溝（凹凸部）
５ ハウジング
５１Ｅ ハウジング側流路
５１Ｃ ハウジング側流路
５１Ｓ ハウジング側流路
５１Ｄ ハウジング側流路
６ ホルダ部
６１ 弁ガイド部
６２ 軸受部
６３ 固定蓋
７ マグネットロータ
７１ ロータ軸
７１ａ 雄ねじ部
８ ステータコイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】