JP2020046031A - スプール弁 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が簡単で、シール部材の損耗が少ないスプール弁を提供する。
【解決手段】スプール弁は、弁室２、ピストン室３ａ、３ｂ、複数のポート、弁体１１、ピストン部、第１流路及びシール部材８，９を備える。弁体１１は、弁室２と同軸で肉厚が均等である円筒状の金属管から構成される。弁体１１は、弁室２の内径よりも小径で、弁体１１と弁室２の内周面との間に第１流路を形成する小径部１２と、シール部材８，９と接触して流路を閉鎖する大径部１３と、小径部１２から大径部１３に掛けて広がった拡開部１４を有する。拡開部１４は小径部１２と大径部１３を滑らかな曲面で連結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、空気調和機、冷凍機等の冷凍サイクルに使用されるスプール弁に関する。

空気調和機、冷凍機等においては、目的とする機能に応じて内部を流れる冷媒の向きや流量を変化させるための多方弁として、スプール弁が使用される。スプール弁は、円筒状の弁室の壁面に複数のポートを設けると共に、弁室の内部に弁室と同軸の弁体を軸方向にスライド自在に組み込んだものである。弁室の内壁面と弁体の外周面との間には冷媒の流路となる隙間が設けられ、この流路が各ポートに連通する。

スプール弁では、弁体をスライドさせることにより、弁体の外周に設けられたリング状の凸部の位置を変化させ、弁室の壁面に設けられた複数のポートの中から所定のポートを選択して流路に連通させることにより、流路の切り替えを行う。この際、弁体と弁室との密封性を確保するために、弁室の内面にシール部材を設け、弁体が移動した際にこのシール部材と弁体外周の凸部とを密着させている。

このようなスプール弁では、弁体が移動するごとにその凸部がシール部材に接触して乗り上げ、シール部材が凸部表面に押圧されて変形する。その場合、凸部のシール部材に対する接触部分に角があると、シール部材に負担がかかるので、特許文献１、２に示すように、凸部のシール部材との初期接触位置にテーパ加工、面取りあるいは曲面加工などを実施し、シール部材に傷や変形が発生しないように考慮する必要がある。

特開２０１７−１３３６４１号公報 特開昭５８−２８０６６号公報

しかしながら、従来技術の弁体は、円柱状の金属棒を切削加工して、その外周面や内部に冷媒が流通する流路を形成すると共に、シール部材と接触して流路を塞ぐ凸部を弁体の外周面にリング状に形成している。そのため、弁体のシール部材との初期接触位置、すなわちシール部材と接触する凸部のコーナー部分に対して、前記のようなテーパ加工や曲面加工を実施することは、弁体の製造工数を増加させることになり、コスト高となっていた。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、製造が簡単で、シール部材の損耗が少ないスプール弁を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係るスプール弁は、次のような構成を有する。
（１）円筒状の弁室を有する弁本体。
（２）前記弁室の端部に設けられたピストン室。
（３）前記弁室の軸線方向の異なる位置の壁面に設けられた複数のポート。
（４）前記弁室の内部に前記軸線方向にスライド自在且つ前記軸線と同軸に配置された金属管を有する弁体。
（５）前記弁体側に連結されたピストン部。
（６）前記弁体の外周と前記弁室の内壁面との間に形成され、前記ポートに連通する第１流路。
（７）前記弁室の周方向の内面に周方向に沿ってリング状に設けられ、前記弁体の外周面と前記弁室間の隙間をシールするシール部材。
（８）前記弁体の前記金属管は、前記弁体と前記弁室内周面との間に前記第１流路を形成する小径部。
（９）前記シール部材と接離して前記第１流路を開閉する大径部。
（１０）前記小径部と前記大径部とを滑らかな曲面で連結する拡開部。

本発明において、次のような構成を採用することができる。
（１）前記弁室の両端に前記ピストン室がそれぞれ設けられ前記弁体の両端に、前記各ピストン室内をスライドする前記ピストン部がそれぞれ設けられている。
（２）前記弁室の一端に前記ピストン室が設けられ、前記弁体の一端に前記ピストン室内をスライドする前記ピストン部が設けられ、前記弁室の他端にスプリング保持部が設けられ、前記弁体の他端と前記スプリング保持部の間に前記弁体をその軸方向に付勢するスプリングが配置されている。
（３）前記弁体における前記小径部に、前記金属管の壁面を貫通し、前記第１流路と連通する複数の開口部が形成され、前記弁体の内部に前記第１流路と連通する第２流路が設けられていることを特徴とする。
（４）前記弁体の端部に前記小径部と同径の開口部が形成され、前記開口部が前記ピストン部によって密封されていることを特徴とする。
（５）前記弁体の一方の端部に前記小径部の端部から前記弁体の内周側に屈曲形成された端面部が設けられ、前記端面部に弁体と同軸に伸びる連結部材が固定され、前記連結部材に前記ピストン部材が連結されていることを特徴とする。
（６）前記ピストン室が１本の管状部材から構成され、前記ピストン室における前記弁体と反対側の端部に位置する開口部が、蓋板によって閉鎖されている。
（７）前記ピストン室が、一端に底部を有する１本の管状部材から構成され、前記ピストン室の一方においては、前記弁体と反対側の端部に位置する開口部が蓋板によって閉鎖され、前記ピストン室の他方においては、前記管状部材底部によって閉鎖されている。
（８）前記弁体の一端が前記ピストン部によって閉鎖され、前記弁体の他端が開口し、前記弁体の開口部から前記スプリングの前記弁体側の端部が前記弁体内に挿入され、前記ピストン部に当接している。
（９）前記弁体の一端が前記ピストン部によって閉鎖され、前記弁体の他端が開口し、前記弁体の開口部と前記ピストン部との間に前記弁体内部を軸方向に閉鎖する密閉板が設けられ、前記ピストン部と前記密閉板の間に前記第２流路となる間隙が設けられ、前記スプリングの前記弁体側の端部が前記弁体内に挿入され、前記密閉板に当接している。

本発明によれば、弁体を弁室と同軸で、肉厚が均等である円筒状の金属管から構成したので、金属管をハイドロフォーミング加工することで、大径部、小径部、及び拡開部を有する弁体を簡単に製造することができる。また、金属管の拡開によって、小径部と拡開部及び拡開部と大径部の境界部分が湾曲するように形成することができ、この湾曲した部分が弁室内面に突出しているシール部材と接触し、シール部材を変形させるので、シール部材の損耗が防止され、シール機能及びその耐久性に優れたスプール弁を得ることができる。

第１の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。 第１の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。 第２の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。 第２の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。 第３の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。 第３の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。 第４の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。 第５の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。 第５の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。 第６の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。 第６の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。 第７の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。 第７の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。 第８の実施形態における流路の切換前の状態を示す断面図である。 第８の実施形態における流路の切換後の状態を示す断面図である。

［１．第１の実施形態］
［１−１．構成］
以下、本発明に係るスプール弁１の第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。このスプール弁１は、実際の使用に当たっては様々な方向に配置されるが、本明細書では、図１に示す方向、すなわち、スプール弁を構成する弁室２と弁体１１の軸線Ｌを図中左右方向に配置した方向に従って、各部材の位置関係を説明する。

本実施形態のスプール弁１は、両端が開口し、内周面が円形になった筒状の弁室２と、弁室２の両端部に設けられた２つのピストン室３ａ，３ｂを有する。弁室２は、ブロック状の金属材料を切削加工あるいは鋳造することにより構成される。弁室２の周方向の壁面に所定の間隔を保って３つのポートが設けられる。第１ポート４（図中左側）と第３ポート６（図中右側）は、弁室２の端部の近くにおいて、同方向（図中上方）に向けて設けられる。第２ポート５は、弁室２の中央部において、第１ポート４及び第３ポート６とは反対方向（図中下方）に向けて設けられる。なお、３つのポートの向きは全て同方向でもよいし、３つとも異なる方向でもよいことはもちろんである。

弁室２の内壁面にはリング状の２つの溝７が設けられ、各溝７の内部に第１シール部材８（図中左側）と第２シール部材９（図中右側）がそれぞれ嵌め込まれる。第１シール部材８は第１ポート４と第２ポート５の間に設けられ、第２シール部材９は第２ポート５と第３ポート６との間に設けられる。第１シール部材８と第２シール部材９の内周面は、弁室２の内壁面よりも突出している。

各ピストン室３ａ，３ｂは、円筒状の金属管によって構成される。第１ピストン室３ａは弁室２の軸方向に向かって開いた開口部の一方（図中左側）に固定される。また、第２ピストン室３ｂは弁室２の軸方向に向かって開いた開口部の他方（図中右側）に固定される。ピストン室３ａ，３ｂの一端は弁室２の端部に設けられた開口部内に挿入された状態で、溶接などの手段により密封固定される。各ピストン室３ａ，３ｂの弁室２とは反対側の端部は、平板状の蓋板１０によって密封される。蓋板１０には、弁体１１を駆動するための高圧流体をピストン室３ａ，３ｂ内部に流入又は排出させる配管１０ａが連結される。

弁室２の内部には、弁室２の軸方向にスライド自在に円筒状の弁体１１が挿入される。弁体１１は、弁室２と同軸で、肉厚が均等である円筒状の金属管から構成される。弁体１１は、弁室２の内径よりも小径で、弁体１１と弁室２内周面との間に第１流路を形成する小径部１２と、第１シール部材８又は第２シール部材９と接触して第１流路を閉鎖する大径部１３を有する。弁体１１は、小径部１２から大径部１３に掛けて広がった拡開部１４を有し、小径部１２と拡開部１４の境界部分及び拡開部１４と大径部１３の境界部分が湾曲している。

本実施例では、拡開部１４を円錐台形状とし、拡開部１４の両側（軸方向の両側）を湾曲させた（滑らかな曲面）構造としたが、小径部１２と大径部１３との境界部分（拡開部１４を含んだ領域）を連続的に湾曲させてもよいことはもちろんである。すなわち、本発明における「小径部１２と大径部１３とを、滑らかな曲面を有する拡開部で連結した構造」とは、直線状の拡開部１４の両側のみを滑らかな曲線としたものや、拡開部１４全体が滑らかな曲線になっていて大径部１３にかけて滑かに繋がっている構造を含む。更に、小径部１２及び大径部１３を曲面（軸正方向の断面が曲面）で構成しても良いことはもちろんである。この場合、小径部１２は内側に凸の曲面となり、大径部１３は外側に凸の曲面であると望ましい。また、大径部１３を曲面で構成する場合は軸線Ｌに直交する断面が円形状である必要がある。

大径部１３は、弁体１１の軸方向のほぼ中央に設けられる。すなわち、大径部１３は、図１のように弁体１１が第２ピストン室３ｂ側（図中右側）に移動した位置において第２シール部材９と接触し、図２のように弁体１１が第１ピストン室３ａ側（図中左側）に移動した位置において第１シール部材８と接触する位置に設けられる。

本実施形態の弁体１１は円筒状の金属管から構成され、その内部は中空である。弁体１１における小径部１２に、金属管の壁面を貫通し、第１流路と連通する２組の冷媒出入口１５ａ，１５ｂが開口している。これにより、弁体１１の内部には、一方の冷媒出入口を起点とし、他方の冷媒出入口を終点とする第２流路が形成される。

すなわち、小径部１２における大径部１３よりも第１ピストン室３ａ側の位置には、間隔を保って２組の冷媒出入口１５ａ，１５ｂが設けられる。各組の冷媒出入口１５ａ，１５ｂは、１個から数個の開口部から構成されるもので、本実施形態では弁体１１の周向に沿って等間隔で４個設けられる。第１組の冷媒出入口１５ａは、図１のように大径部１３が第２シール部材９に接触した状態において第１ポート４に対向し、図２のように大径部１３が第１シール部材８に接触した状態において第１ピストン室３ａ内に挿入される位置に設けられる。第２組の冷媒出入口１５ｂは、図１のように大径部１３が第２シール部材９に接触した状態において第２ポート５に対向する位置に設けられる。

弁体１１の両端にはピストン部１６が設けられる。すなわち、本実施形態の弁体１１は円筒状の金属管から構成されるが、その両端には小径部１２と同径の開口部が設けられ、この開口部がピストン部１６によって密閉されている。ピストン部１６は、弁体１１の開口部を塞ぐ栓体１７と、ピストン室３ａ，３ｂの内周面に気密状態でスライド自在に接触するピストンリング１８と、ピストンリング１８を栓体１７に固定する支持部材１９を備える。

［１−２．作用］
以上のような構成を有するスプール弁は、弁体１１をその軸方向にスライドさせることにより、弁体１１の外周にリング状に設けられた大径部１３の位置を変化させ、大径部１３を第１シール部材８又は第２シール部材９のいずれかに接触させる。これにより、弁室２の壁面に設けられた複数のポート４〜６の中から所定のポートを選択して第１流路及び第２流路に連通させることにより、流路の切り替えを行う。以下では、図１〜２を参照して本実施形態における流路の切り替えについての説明を行う。

図１では、第１ポート４と第２ポート５が連通している。この場合、第１ピストン室３ａ内には、配管１０ａから高圧流体、例えば高圧空気や油圧が流入すると共に、第２ピストン室３ｂ内には高圧流体の圧力が加わっていないため、第１ピストン室３ａ側の高圧流体にそのピストン部１６が押圧されて、弁体１１はその大径部１３が第２シール部材９に接触する位置にまで図中右側に移動する。この弁体１１の移動の際に、大径部１３と拡開部１４との境界部分は湾曲しているため、弁室２の内壁面から突出している第２シール部材９に拡開部１４が接触した後、傾斜した拡開部１４及び湾曲した境界部分と第２シール部材９とは滑らかに接触しながら、第２シール部材９を押圧し圧縮させる。その結果、弁体１１の移動が完了し、大径部１３が第２シール部材９の位置に達した状態では、第２シール部材９は大径部１３の表面によって溝７内に押し込まれ、大径部１３と第２シール部材９との密封性が確保される。

このように大径部１３が第２シール部材９の位置に達すると、第１ポート４の位置に第１の冷媒出入口１５ａが対向し、第２ポート５の位置に第２の冷媒出入口１５ｂが対向する。その結果、第２ポート５から弁室２に流入した流体の一部は、第１流路である弁体１１と弁室２内周面との間を経由し、第１ポート４へと流れると共に、流体の他の一部は、第２の冷媒出入口１５ｂから弁体１１内部を経由して第１の冷媒出入口１５ａに至る第２流路を通って、第１ポート４へと流れる。これにより、第１ポート４と第２ポート５が連通する。

図１の状態から第３ポート６と第２ポート５が連通する図２の状態に切り換えるには、第１ピストン室３ａ内から高圧流体を排出し加圧状態を解除すると共に、第２ピストン室３ｂ内に高圧流体を流入させることでそのピストン部１６を図中左側に加圧する。その結果、弁体１１は高圧流体の圧力で図中左側に移動し、大径部１３が第１シール部材８に接触する位置にまで移動する。この際、拡開部１４が傾斜面となっており、しかも拡開部１４と大径部１３の境界部分が湾曲しているので、大径部１３が第１シール部材８を傷付けることなく、第１シール部材８が円滑に圧縮され、大径部１３と第１シール部材８との密着性が確保される。

このようにして大径部１３が第１シール部材８に接触した位置では、第１ポート４に冷媒出入口１５ｂが対向し、第２ポート５には冷媒出入口１５ａ，１５ｂが存在しない小径部１２が対向する。その結果、第３ポート６から弁室２内に流入した冷媒は、弁体１１内部の第２流路に流入することなく、弁室２の内壁面と小径部１２との隙間に形成された第１流路のみを通過して、第２ポート５に流れる。この場合、第１流路の第１ポート４側は、大径部１３と第１シール部材８によって密封されているので、第１ポート４には冷媒が流れない。

［１−３．効果］
本実施形態のスプール弁は、以下の効果を奏することができる。
（１）弁体１１を弁室２と同軸で、肉厚が均等である円筒状の金属管から構成したので、金属管をハイドロフォーミング加工することで、大径部１３、小径部１２、及び拡開部１４を有する弁体１１を簡単に製造することができる。

（２）金属管の拡開によって、小径部１２と拡開部１４及び拡開部１４と大径部１３の境界部分が湾曲するように形成することができ、この湾曲した部分が弁室２内面に突出しているシール部材８，９と接触し、シール部材８，９を徐々に変形させるので、シール部材８，９の損耗が防止され、シール機能及びその耐久性に優れたスプール弁を得ることができる。

（３）内部が中空の金属管から弁体１１を構成することにより、弁体１１に冷媒出入口１５ａ，１５ｂを設けることで弁体１１内部を冷媒の第２流路として利用することが可能になる。その結果、第２ポート５と第３ポート６のように流量が比較的少ない管路では、弁体１１の外周に形成された第１流路のみを使用し、第１ポート４と第２ポート５のようにポートの口径が大きく流量が大きい管路の場合には、弁体１１内部の第２流路も利用して冷媒を流すことができる。

［２．第２の実施形態］
図３及び図４に従って、第２の実施形態を説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態に対して、弁体１１の内部に密閉板２０を設けたものである。これにより、弁体１１内部において、使用していなかったスペースを活用し、第３ポート６と第２ポート５が連通する場合にも、第２流路に流体を流し、流量の増大を図ったものである。以下、本発明に係るスプール弁の実施形態について図面を参照して説明する。なお、弁体１１が金属管から構成され、小径部１２、大径部１３、拡開部１４及び湾曲した境界部分を有することは、本発明のすべての実施形態において共通である。また、第１実施形態と同様な構成については、同一部号を付し、説明は省略する。

本実施形態のスプール弁では、弁体１１における大径部１３よりも第３ポート６側に位置する小径部１２には、弁体１１内部をその軸方向と直交する方向に区画する密閉板２０が設けられる。密閉板２０は、円盤状の部材であり、弁体１１の内周面に対して溶接などにより固定されている。弁体１１の内部に設けられる第２流路は、密閉板２０により第１ポート４側と第３ポート６側の２つの領域に仕切られ、それぞれの領域の間は密封性が保たれている。第１ポート４側の領域には第１実施形態と同様に、２組の冷媒出入口１５ａ，１５ｂが設けられ、第３ポート側の領域には１組の冷媒出入口１５ｃ，１５ｄが設けられる。この場合、第３ポート側の領域に設けられた冷媒出入口１５ｃ，１５ｄは、弁体１１が第３ポート側、すなわち図中右側に移動した場合に、第２ポート５及び第３ポート６に対向する位置に設けられる。

このような構成を有する第２実施形態では、図３のように弁体１１が図中左側に移動し、第１ポート４と第２ポート５が連通している状態では、第１実施形態と同様に、弁体１１外周の第１流路と弁体内部の第２流路の両方を経由して、冷媒が流れる。このとき、弁体１１内部は密閉板２０によって区画されているので、弁体１１内部に流入した冷媒は密閉板２０に遮られて冷媒出入口１５ｃ側に移動することはないので、第３ポート６に冷媒が流れることはない。一方、図４のように弁体１１が図中右側に移動し、第２ポート５と第３ポート６が連通している状態では、第１実施形態と同様に、大径部１３と第１シール部材８が接触しているため、第３ポート６から第２ポート５に冷媒が流れる。この場合、弁体１１に設けられた冷媒出入口１５ｃ，１５ｄが第２ポート５及び第３ポート６に対向するので、第３ポート６から流入した冷媒は、弁体１１外周の第１流路と共に、冷媒出入口１５ｃ，１５ｄを通過して弁体１１内部の第２流路にも流れる。

以上のように第２の実施形態においては、第１実施形態と同様な作用効果が発揮されると共に、第３ポート６と第２ポート５が連通する場合にも、第２流路に流体を流すことが可能であるため、第１実施形態に比較して第３ポート６と第２ポート５の流量を増加させることが可能になる。

［３．第３の実施形態］
図５及び図６に従って、第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態に対して、弁の一部をステム化することで、バルジ成形の難易度を落とすと共に、流量の増大を図ったものである。本実施形態において、ステムとは、円柱等の柱状や腕木状の部材を言う。

本実施形態では、弁体１１を第１ポート４側が封鎖された有底の円筒状の金属管から構成する。弁体１１の一方の端部に小径部１２の端部から弁体１１の内周側に屈曲形成された端面部１１ａが設けられる。この端面部１１ａは、図５のように大径部１３と第１シール部材８が接触している状態において、第１ポート４に対向する位置に設けられる。端面部１１ａの第１ピストン室３ａ側には、弁体１１と同軸で弁体１１の外径よりも細い円柱状の連結部材２１の一端が固定されている。連結部材２１の他端は第１ピストン室３ａ内に挿入され、挿入部分の先端にピストン部１６が連結されている。なお、弁体１１の内部空間を密閉しないように、端面部１１ａに挿通孔１１ｂが設けられている。

円柱状の連結部材２１は、その内部に空間部が存在せず、弁体１１の外径よりも細いことから、その周囲には第１実施形態に比較して大幅に広い第１流路が形成されるが、弁体１１内に設けられる第２流路は存在しない。一方、大径部１３の第３ポート６側に位置する小径部１２の外周に設けられる第２ポート５と第３ポート６側の第１流路は、第１実施形態と同様な広さである。

第３実施形態では、第１ピントン室３ａ又は第２ピストン室３ｂに高圧流体を導入すると、弁体１１と連結部材２１とは一体に固定されているため、弁体１１及び連結部材２１は弁室２内を左右に移動する。両者の移動に伴い、図５のように大径部１３が第１シール部材８に接触すると、第１ポート４と第２ポート５が連通して、冷媒が連結部材２１の周囲に設けられた第１流路を流れる。一方、図６のように大径部１３が第２シール部材９に接触すると、第２ポート５と第３ポート６が連通して、弁体１１外周の第１流路を通って冷媒が流れる。

このような構成を有する第２の実施形態においては、弁体１１の一部をステム化することで、弁体１１を構成する金属管の軸方向の長さが短くなり、バルジ成形の難易度を落とすことができる。また、弁体１１を構成する金属管に比較して外径の小さな連結部材２１を使用することにより、その周囲に形成される第１流路の断面積を大きくすることができ、冷媒流量の増大を図ることが可能である。

［４．第４の実施形態］
図７に従って、第４の実施形態を説明する。第４の実施形態は、第３の実施形態に対して、使用していなかった弁体１１の内部スペースを活用することで、流量の増大を図ったものである。

本実施形態では、弁体１１における小径部１２に、金属管の壁面を貫通し、第１流路と連通する２組の冷媒出入口１５ｃ，１５ｄが形成される。大径部１３が第１シール部材８に接触した状態において、冷媒出入口１５ｃは第２ポート５に対向し、冷媒出入口１５ｄは第３ポート６に対向する位置に設けられる。これにより、弁体１１が図中右側に移動し、第３ポート６と第２ポート５とが連通する状態において、弁体１１の内部に第１流路と連通する第２流路が形成される。その結果、第４の実施形態においては、第３の実施形態の効果に加えて、第３ポート６と第２ポート５が連通する場合にも、第１流路に加えて第２流路に冷媒が流れることになり、より大流量の冷媒を通過させることが可能である。

［５．第５の実施形態］
図８及び図９に従って、第５の実施形態を説明する。第５の実施形態は、第１の実施形態に対して、弁室２及びピストン室３ａ，３ｂの外郭を１つの管状部材とすることで、加工の簡素化、内部熱ロスの低減、軽量化を図ったものである。

本実施形態では、弁体１１とピストン室３ａ，３ｂが１本の金属製の管状部材２２から構成される。管状部材２２の両端は、ピストン室３ａ，３ｂの端部壁面を構成する蓋板１０によって閉鎖されている。管状部材２２における第１ポート４と第２ポート５との間、及び第２ポート５と第３ポート６の間には、第１実施形態と同様に第１シール部材８と第２シール部材９が設けられる。本実施形態では、このシール部材８，９を管状部材２２の内面に固定するため、管状部材２２の内部に円筒状のスペーサ２３が溶接や圧入などの手段で固定され、そのスペーサ２３の内面にシール部材嵌め込み用の溝７が設けられる。スペーサ２３は第１ポート４や第３ポート６を避けて設けられ、スペーサ２３の第２ポート５に対向する部分にはポートの形状に合わせた開口が形成され、スペーサ２３が冷媒の流通を妨げることがない。

なお、スペーサ２３を使用することなく、管状部材２２をハイドロフォーミング等の手法で変形させて溝７を形成させたり、管状部材２２を切削加工や鋳造することで溝７を一体に形成することも可能である。

このような構成を有する第５の実施形態においては、前記各実施形態において発揮されたシール部材８，９の損傷防止などの効果に加えて、弁室２及び左右のピストン室３ａ，３ｂの外郭を１つの筒状部品とすることで、弁室２及びピストン室３ａ，３ｂの加工の簡素化、内部熱ロスの低減、軽量化を図ることが可能である。また、弁室２及びピストン室３ａ，３ｂの接合個所も削減されることから、冷媒の漏洩の可能性が低減する効果もある。

［６．第６の実施形態］
図１０及び図１１に従って、第６の実施形態を説明する。第６の実施形態は、第１の実施形態に対して、片側のピストンをコイルスプリングに置き換えることで、部品点数の削減、組立性向上、小型化を図ったものである。

本実施形態では、弁室２の第３ポート側の端部にピストン室３ｂが設けられ、弁室２の第１ポート側の端部にスプリング保持部２４が設けられる。弁体１１とスプリング保持部２４の間に、弁体１１をその軸方向に付勢するスプリング２５が配置される。つまり、円筒状の弁体１１の第３ポート６側の開口部はピストン部１６によって閉鎖され、弁体１１の第１ポート４側の端部が開口し、この開口部からスプリング２５の一端が弁体１１内に挿入され、ピストン部１６に当接している。

スプリング保持部２４は、スプリング２５を弁体１１と同軸に保持するものであり、本実施形態ではスプリング２５の端部が嵌まり込む円形の凹部である。スプリング保持部２４の形状は図示のものに限定されるものではなく、コイル状のスプリング２５の内側に入り込む突起など、他の形状でもよい。

弁体１１の第１ポート４側の端部は、図１０のように弁体１１が第３ポート６側に移動した状態においては第２ポート５に対向し、図１１のように弁体１１が第１ポート４側に移動した状態においては第１ポート４に対向する位置に設けられる。すなわち、本実施形態では大径部１３の第１ポート４側には拡開部１４のみが形成され、小径部１２は設けられていない。そのため、弁体１１が第３ポート６側に移動すると、第１ポート４と第２ポート５の間には弁体１１が存在せず、２つのポート４，５は弁室２を経由して連通する。

このような構成を有する第４の実施形態においては、図１０のようにピストン室３ｂ内に圧力が加わっていない状態では、スプリング２５の弾力性により弁体１１は第３ポート６側に押圧され、大径部１３が第２シール部材９に接触する位置で停止する。この状態では、第１ポート４と第２ポート５の間には弁体１１が存在しないことから、第２ポート５から流入した冷媒は弁室２の内部を通り第１ポート４に流れる。

弁を切り換えるためにピストン室３ｂ内に高圧流体を導入して、ピストン部１６を第１ポート４側、すなわち図１１中左側に押圧すると、弁体１１はスプリング２５を圧縮しながら移動し、大径部１３が第１シール部材８に接触する位置で停止する。すると、弁体１１の小径部１２が第２ポート５と第３ポート６に対向するので、小径部１２の外周と弁室２の内壁面との間の第１流路を通って冷媒が流れる。

第６の実施形態は、前記各実施形態と共通の効果に加えて、さらに、第１から第５の実施形態において２つ設けられていたピストンの一方をスプリング２５に置き換えることで、部品点数の削減、組立性向上、小型化を図ることが可能である。また、弁体１１の移動を制御する高圧流体の配管も１ヶ所で済むので、弁の切換制御も容易になる。特に、ピストン室は弁体１１の外部に設けられ、弁体１１の移動ストロークに相当するピストン部１６の移動ストロークが必要であることから、弁全体の軸方向の長さが大きくなるが、本実施形態では一端が弁体１１の内部に挿入されたスプリング２５を使用した結果、スプリング２５の圧縮ストロークは弁体１１の内部で吸収されることになる。その結果、全体の軸方向の長さの大幅な短縮が可能となる。

［７．第７の実施形態］
図１２及び図１３に従って、第７の実施形態を説明する。第７の実施形態は、第６の実施形態に対して、内部に密閉板２０を設け、使用していなかった弁体１１内部のスペースを活用することで、流量の増大を図ったものである。

本実施形態では、円筒状の弁体１１の第３ポート６側の開口部はピストン部１６によって閉鎖され、弁体１１の第１ポート４側の端部が開口している。この弁体１１の開口部分とピストン部１６との間に、弁体１１内部を軸方向に閉鎖する密閉板２０が設けられる。弁体１１の第１ポート４側の開口部分からは、スプリング２５の弁体１１側の端部が弁体１１内に挿入され、密閉板２０に当接している。

弁体１１における小径部１２に、金属管の壁面を貫通し、第１流路と連通する２組の冷媒出入口１５ｃ，１５ｄが形成される。大径部１３が第１シール部材８に接触した状態において、冷媒出入口１５ｃは第２ポート５に対向し、冷媒出入口１５ｄは第３ポート６に対向する位置に設けられる。これにより、弁体１１内部におけるピストン部１６と密閉板２０の間に、第２流路となる間隙が設けられる。その結果、第７の実施形態においては、第６の実施形態の効果に加えて、第３ポート６と第２ポート５が連通する場合にも、第１流路に加えて弁体１１内部の第２流路に冷媒が流れることになり、より大流量の冷媒を通過させることが可能である。

［８．第８の実施形態］
図１４及び図１５に従って、第８の実施形態を説明する。第８の実施形態は、第６の実施形態の変形例で、弁室２、ピストン室３ｂ及びスプリング２５の保持部２４の外郭を１つの有底の深絞り形状にすることで、加工の簡素化、内部熱ロスの低減、軽量化を図ったものである。

本実施形態では、第１ポート４側の端部が底板によって塞がれた１本の円筒状の管状部材２２から構成される。管状部材２２の第３ポート６側の端部は、ピストン室３ｂの端部壁面を構成する蓋板１０によって閉鎖されている。管状部材２２内にはスペーサ２３が固定され、スペーサ２３に設けられた２本の溝７内に第１シール部材８と第２シール部材９が設けられる。

スプリング２５の第１ポート４側の端部は管状部材２２の底板部分の内面に当接して保持される。図では、スプリング２５は底板部分に対して圧接状態で保持されているが、底板に凹部や突起を一体に形成したり、別部材を溶接するなどして、スプリング２５の端部の移動を阻止することも可能である。一方、スプリング２５の第３ポート側の端部は、第６の実施形態と同様にピストン部１６の背面に当接される。なお、第７の実施形態と同様に、弁体１１内部に密閉板２０を設けて、スプリング２５の端部を密閉板２０に当接させてもよい。

このような構成を有する第８実施形態においては、第６の実施形態や第７の実施形態の効果に加えて、弁室２及びピストン室３ｂを１本の深絞り成形した金属管によって構成されているので、スプール弁の構成並びに製造作業を簡略化することができると共に、継ぎ目のない弁室２及びピストン室３ｂによる冷媒の漏洩防止の効果も発揮される。

［９．他の実施形態］
以上のように本発明の実施形態を説明したが、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、実施するスプール弁の用途に応じて、本明細書に記載した実施形態に採用されている各部の構成を適宜選択して組み合わせることができる。そして、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

また、図示の実施形態はいずれも三方弁を対象としたが、本発明の要点は金属管を拡開して小径部、大径部及び拡開部を形成し、拡開部と大径部の境界部分を湾曲させることで、シール部材の円滑な変形を可能とすることにあり、そのような構成並びに作用効果を奏するスプール弁であれば、三方弁に限らず、他の多方弁についても適用可能である。

１…スプール弁
２…弁室
３ａ，３ｂ…ピストン室
４…第１ポート
５…第２ポート
６…第３ポート
７…溝
８…第１シール部材
９…第２シール部材
１０…蓋板
１０ａ…配管
１１…弁体
１２…小径部
１３…大径部
１４…拡開部
１５ａ〜１５ｄ…冷媒出入口
２０…密閉板
２１…連結部材
２２…金属製の管状部材
２３…スペーサ
２４…スプリング保持部
２５…スプリング

Claims (10)

1. 円筒状の弁室を有する弁本体と、
   前記弁室の端部に設けられたピストン室と、
   前記弁室の軸線方向の異なる位置の壁面に設けられた複数のポートと、
   前記弁室の内部に前記軸線方向にスライド自在且つ前記軸線と同軸に配置された金属管を有する弁体と、
   前記弁体側に連結されたピストン部と、
   前記弁体の外周と前記弁室の内壁面との間に形成され、前記ポートに連通する第１流路と、
   前記弁室の周方向の内面に周方向に沿ってリング状に設けられ、前記弁体の外周面と前記弁室間の隙間をシールするシール部材と、
   を備えたスプール弁において、
   前記弁体の前記金属管は、前記弁体と前記弁室内周面との間に前記第１流路を形成する小径部と、
   前記シール部材と接離して前記第１流路を開閉する大径部と、
   前記小径部と前記大径部とを滑らかな曲面で連結する拡開部と、
   を備える
   ことを特徴とするスプール弁。
2. 前記弁室の両端に前記ピストン室がそれぞれ設けられ、
   前記弁体の両端に、前記各ピストン室内をスライドする前記ピストン部がそれぞれ設けられている請求項１に記載のスプール弁。
3. 前記弁室の一端に前記ピストン室が設けられ、前記弁室の他端にスプリング保持部が設けられ、
   前記弁体の一端に、前記各ピストン室内をスライドする前記ピストン部が設けられ、前記弁体と前記スプリング保持部の間に前記弁体をその軸方向に付勢するスプリングが配置されている請求項１に記載のスプール弁。
4. 前記弁体における前記小径部に、前記金属管の壁面を貫通し、前記第１流路と連通する複数の開口部が形成され、
   前記弁体の内部に前記第１流路と連通する第２流路が設けられていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスプール弁。
5. 前記弁体の端部に前記小径部と同径の開口部が形成され、前記開口部が前記ピストン部によって密封されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスプール弁。
6. 前記弁体の一方の端部に前記小径部の端部から前記弁体の内周側に屈曲形成された端面部が設けられ、前記端面部に弁体と同軸に伸びる連結部材が固定され、前記連結部材に前記ピストン部材が連結されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスプール弁。
7. 前記ピストン室が１本の管状部材から構成され、前記ピストン室における前記弁体と反対側の端部に位置する開口部が、蓋板によって閉鎖されている請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のスプール弁。
8. 前記ピストン室が、一端に底部を有する１本の管状部材から構成され、
   前記ピストン室の一方においては、前記弁体と反対側の端部に位置する開口部が蓋板によって閉鎖され、
   前記ピストン室の他方においては、前記管状部材底部によって閉鎖されている請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のスプール弁。
9. 前記弁体の一端が前記ピストン部によって閉鎖され、前記弁体の他端が開口し、前記弁体の開口部から前記スプリングの前記弁体側の端部が前記弁体内に挿入され、前記ピストン部に当接している請求項３に記載のスプール弁。
10. 前記弁体の一端が前記ピストン部によって閉鎖され、前記弁体の他端が開口し、前記弁体の開口部と前記ピストン部との間に前記弁体内部を軸方向に閉鎖する密閉板が設けられ、前記ピストン部と前記密閉板の間に前記第２流路となる間隙が設けられ、
    前記スプリングの前記弁体側の端部が前記弁体内に挿入され、前記密閉板に当接している請求項４に記載のスプール弁。

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