JPH11118050A - 密閉式方向制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 永久磁石及び電磁コイルの小型化が可能で、
コンパクトで、かつ低コストで生産することが可能であ
り、しかも空気調和機への採用時に室外機熱交換機の霜
取りから暖房運転までの復帰時間を短くできる密閉式方
向制御弁を提供する。 【解決手段】 下端部に弁座を５固設した密閉弁ケース
１と、密閉弁ケース１の内部に回転可能に配設した永久
磁石６と、密閉弁ケース１の内部に回転可能に配設し、
かつ密閉弁ケース内に連通する複数の流路２７，２８，
２９，３０を通る流体の圧力により弁座５に押しつける
力が発生する主弁７と、上記永久磁石６の内側に位置し
て永久磁石６に回転力を与える電磁コイル９とからな
り、上記主弁７と弁座５とにより形成された弁室１４と
密閉弁ケース１内の弁室１３とを導通することにより、
主弁７の弁座５に対する押しつけ力を低減する連通孔１
５を主弁７に設け、かつ電磁コイル９の回転により連通
孔１５の開閉操作を行なうようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として空気調和
機や、冷凍機等の方向制御用の四方弁として使用されう
る密閉式方向制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和機等の冷暖房サイクルに
は、その冷房運転時と、暖房運転時に、封入されている
冷媒の流れ方向を切換えるために方向制御用の四方弁が
使用されている。そこで，この種の四方弁としては、特
開平８−４２７３７号の四方弁に関する発明に開示され
ているごとく、従来、実開昭５４−１６５３２４号また
は、特開昭６１−６４８６号、さらに特公平３−３０７
４９号などの考案や発明が知られている。

【０００３】しかしながら、これら従来の四方弁は、回
路を切り替えるためのメインの弁体と、その弁体を作動
するためのパイロット弁とで構成され、両者を結ぶ配管
が必要で、部品点数が多く、構成が複雑で組立に手間が
かかるため、コスト高となり、又暖房運転時にはパイロ
ット弁のために連続通電が必要で、多くの電力消費を伴
い不経済である問題があった。

【０００４】また、他の方向制御弁として、特開平８−
１５２０７５号の発明に示すように、直動式の四方弁が
知られている。これは、弁本体とこの弁本体の上部に着
脱可能に配設された電磁コイルからなり、その弁本体は
円筒状のボディの下端に取り付けられた弁座と、そのボ
ディの内面に回転可能に配設された永久磁石及び樹脂製
弁から構成され、コンパクトで前記した四方弁と比較し
て製造コストが安いという特徴を有している。

【０００５】しかしながら、この方向制御弁は、永久磁
石と電磁コイルの吸引及び反発力で、弁を直接動かす構
造のため、駆動力を発生するために永久磁石及び電磁コ
イルが大型化し、前記の四方弁と比較すれば、製造コス
トが低いものの依然として製造コストを十分低くできな
いという問題があった。さらに、この方向制御弁は、永
久磁石と電磁コイルの吸引及び反発力で弁を直接動かす
構造のため、弁作動力が弱く、差圧作動性能が低いとい
う欠点があった。

【０００６】一方、空気調和機の暖房運転時には、定期
的に室外機熱交換機の霜取りを行うが、これは圧縮機か
ら吐出される高温の冷媒を室外機熱交換機へ流し込み、
付着した霜を除去するものである。また空気調和機に
は、この霜取りの操作を専用回路のバイパスで行う機種
と、四方弁の回路を切換えて行なうものとがあるが、前
記のごとく四方弁で切換えるものでは霜取り中は冷房運
転になるが、室内機ファンを停止させ、室内へは冷風は
吹き込まない。

【０００７】さらに、電磁石と永久磁石との反発力を利
用して回路切換を行なう回転式の四方弁を、回路切換え
により霜取り操作を行なう機種に採用した場合は、直線
往復動の四方弁により回路を切換えるものに比べ、霜取
りから再度暖房運転に至るまでの時間が２倍以上必要で
あり、例えば直線往復動のものが１から1.5 分であるの
に対し、回転式四方弁のものでは約３分必要である。

【０００８】その理由として、空気調和機運転中は、弁
座の導入口は圧縮機の吐出口に接続され、本体内部も高
圧となっており、導出口は圧縮機の吸引口に接続され弁
の連絡溝ともども低圧になっているため、この圧力の差
のあるために、弁は弁座に押しつけられ、導入口側から
導出口側への冷媒の流出が規制されるからである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、永久磁石及
び電磁コイルの小型化が可能で、コンパクトで、かつ低
コストで生産することが可能であり、しかも空気調和機
への採用時に、その暖房運転時の室外機熱交換機の霜取
りから暖房運転への復帰までの待ち時間を短くできる密
閉式方向制御弁を提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、下端部に弁座
を固設した密閉弁ケースと、密閉弁ケースの内部に回転
可能に配設した永久磁石と、密閉弁ケースの内部に回転
可能に配設し、かつ密閉弁ケース内に連通する複数の流
路を通る流体の圧力により弁座に押しつける力が発生す
る主弁と、上記永久磁石の内側に位置して永久磁石に回
転力を与える電磁コイルとからなり、上記主弁と弁座と
により形成された弁室と密閉弁ケース内の弁室とを導通
することにより、主弁の弁座に対する押しつけ力を低減
する連通孔を主弁に設け、かつ電磁コイルの回転により
連通孔の開閉操作を行なうようにした密閉式方向制御弁
からなり、さらにまたロータヨークと主弁との間に、連
通孔を閉じる方向に付勢するスプリングを配設した密閉
式方向制御弁からなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の密閉
式方向制御弁の一実施形態を説明するが、図１は、その
側断面図、図２は図１のＡ−Ａ方向の平断面図、図３は
図１のＢ−Ｂ方向の平断面図、図４は図３のＣ−Ｃ方向
の側断面図であり、図５は図１の密閉式方向制御弁の組
立前の部品展開側断面図である。

【００１２】まず、この密閉式方向制御弁は、それぞれ
円筒状の外側ケース２内に内側ケース３を上部から挿入
して各上周部を溶接し、かつ外側ケース２の下部開放端
部に弁座５を溶接等で固設した密閉弁ケース１と、密閉
弁ケース１の内部にロータヨーク１７と共に回転可能に
配設したドーナツ状のマグネットからなる永久磁石６
を、密閉弁ケース１の内部に回転可能に配設し、かつ弁
座５を介して密閉弁ケース１内に接続する図１、図５及
び図１６で２７，２８，２９，３０のごとく示した複数
の各流路を通る流体の圧力差により弁座５に押しつける
力が発生する主弁７と、上記密閉弁ケース１の内側ケー
ス３を介しながら永久磁石６に回転力を与える電磁コイ
ル９とから構成されており、上記電磁コイル９は内側ケ
ース３の内側に設けることにより永久磁石６の内側に配
設されている。

【００１３】次に、密閉弁ケース１内に連通する図１６
の平面図に示した複数の流路２７，２８，２９及び３０
のうち、流路２７はコンプレッサーの吐出口にロー付接
合され、弁位置に無関係に、高圧の冷媒流体はこの流路
２７を通り、弁室１３に導入される。また、流路２８
は、コンプレッサーの吸入口にロー付接合され、弁位置
に無関係に、低圧の冷媒流体は流路２９を通り、弁室１
４から排出される。

【００１４】さらに、流路２９は、室内機熱交換機にロ
ー付接合され、流路３０は室外機熱交換機にロー付接合
され、弁位置によって、流路２７と導通するか、または
流路２８と導通するかが選択される。即ち、流路２７と
流路２９が導通し、かつ流路２８と流路３０が導通する
弁位置の時、暖房運転となり、流路２７と流路３０が導
通し、かつ流路２８と流路２９が導通する弁位置の時、
冷房運転となる。

【００１５】このような構成により、弁室１３に入った
流体により主弁１３を弁座５方向に強く押し付けること
になり、その押し付け力により主弁が回動しにくいとい
う現象を呈する。そこでその押し付け力を低減する連通
孔１５を、図６の側断面図、図６の上面図の平面図であ
る図７及び図６の底面の平面図である図８に示す主弁７
の一部に設け、さらに上記電磁コイル９の回転により、
上記の連通孔１５を、図９に示す側断面図及び図９のＤ
−Ｄ方向の底面の平面図である図１０に示すロータヨー
ク１７の下面に設けた副弁２１をパイロット弁として開
閉操作を行なうようにしている。

【００１６】電磁コイル９に通電することで回転力を与
えられる永久磁石６は、図５に示すスライドリング２５
を介してロータヨーク１７に挿入されるので、回転が可
能になっており、永久磁石６はロータヨーク１７と共に
固定軸２２を介して主弁７を回転するようになってい
る。また、この永久磁石６と一体に回転するロータヨー
ク１７と主弁７との間には図１１に示す８の字状のスプ
リング２４が配設されている。ここで８の字状のスプリ
ング２４の中心部の丸い部分は固定軸２２に嵌合し、他
端は主弁７の突起８を挟持するようになっている。この
スプリング２４は上記連通孔１５を副弁２１で閉じる方
向に付勢するように取付けられている。

【００１７】なお、このスプリング２４の種類や形状は
特に限定されるものではない。次に、上記の動作を、図
１１及び図１２から図１５までの一連の動作説明図によ
り説明すると、まず図１２は動作前の状態、即ち電磁コ
イル９のコイル１１に通電していない状態であり、永久
磁石６が固定されたロータヨーク１７は、永久磁石６と
コイル１１の鉄コア１０との吸引力によって、図１１に
示すロータヨーク１７の孔１９が内側ケース３のストッ
パー４と接触する方向に吸引されている。また、図６の
主弁７の突起８の幅は、図１１に示すごとく、ロータヨ
ーク１７の突起１６の幅よりも若干小さく設定されてい
るため、スプリング２４の力を受けずに静止している。

【００１８】次に、図１２の状態から図１３の動作１の
状態のごとくコイル１１に通電すると、その磁力により
永久磁石６を固定したロータヨーク１７が回転を開始
し、主弁７の突起８とロータヨーク１７の孔１８が係合
されている部分の回転方向の隙間２０が無くなる位置ま
で、スプリング２４を撓ませながら回転する。この位置
では、ロータヨーク１７と同時に回転する副弁２１が、
連通孔１５から外れ、主弁７の外側から内側への流体が
流れることにより、主弁７の外側の弁室１３と内側の弁
室１４との圧力が平衡する。

【００１９】次に、上記のごとく圧力が平衡することに
より、主弁７と弁座５との摩擦力が、電磁力による回転
力より小さくなると、図１４の動作２の状態のごとく、
ロータヨーク１７の孔１８が主弁７の突起８を押し、ロ
ータヨーク１７の孔１９が内側ケース３のストッパー４
と接触する位置まで、主弁７が回転する。さらに、図１
５は動作完了の状態を示し、主弁７は、スプリング２４
によってロータヨーク１７の孔１９の中央部まで回転
し、同時に副弁２１が連通孔１５を閉じる。

【００２０】なお、逆回転においても、上記図１２から
図１５までの動作を同様に行なう。即ち、上記のスプリ
ング２４は主弁７と副弁２１との回転に位相のずれをつ
くりだすために機能し、特に、主弁７を正規の位置に引
きもどして、副弁２１と連通孔１５とを正確に合致させ
て連通孔１５を閉じる機能をするものである。なお、上
記の電磁コイル９によれば、溶接で溶着された外側ケー
ス２と内側ケース３とからなる密閉弁ケース１の外部に
形成された凹状部内に配設した鉄コア１０とコイル１１
に対して絶縁のためのエポキシ樹脂１２を流し込んで固
化させたものを使用することができる。

【００２１】また、図５において、主弁７が弁動作以外
の時に、弁座５以外に接触する箇所は、固定軸２２のみ
であり、固定軸２２と主弁７には適宜なクリアランスを
設けることにより、他の部位に拘束を受けずに弁座５と
接触するので、シール性は良好になる。なお、図５にお
いて、２３で示すのは主弁７とスプリング２４との間に
介設されるワッシャーである。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明した本発明の密閉式方向制御
弁によれば、流路を切り替えるためのメインの主弁と、
その主弁を弁座に押しつける力の源となる複数の流路に
より導入された流体による圧力差を低減するためのパイ
ロット弁である副弁とをこの圧力制御弁が有しているの
で、部品点数が少なく、しかも構造が簡単で、組立も容
易である。

【００２３】また、電磁コイルに通電するのは流路の切
り替え時の数秒間だけであるため、電力消費を極めて小
さくできる。さらに、主弁と弁座により隔てられた圧力
差のある２つの弁室間を導通させることにより、複数の
流路からの流体による圧力差を殆ど無くし、主弁の弁座
への押しつけ力を大幅に低減できるので、メインの主弁
を作動させるための回転トルクを小さくでき、駆動力を
発生する永久磁石及び電磁コイルを小型化可能であり、
製造コストを低減でき、作動の際の電力消費も極めて小
さくできて経済的である。

【００２４】一方、本発明においては、従来のごとく永
久磁石と電磁コイルの吸引及び反発力で弁体を直接動か
す構造とは異なり、副弁のパイロット弁の操作により、
主弁と弁座により隔てられた圧力差のある２つの弁室を
導通させることにより複数の流路の圧力差を殆ど無く
し、主弁の弁座への押し付け力を大幅に低減した後にメ
インの主弁が動くため、電磁コイル操作前に主弁と弁座
により隔てられた２つの弁室の圧力差が大きい場合にお
いても作動が可能で、差圧作動性能を十分大きくするこ
とが可能である。

【００２５】さらに本発明では、電磁コイルを永久磁石
の内側に配設しているので、電磁コイルの絶縁のための
樹脂封止に密閉弁ケースの内側ケースを利用でき、例え
ばエポキシ樹脂を使用した注型とすることが可能で、樹
脂封止のための金型が不要であり、それだけ生産性が高
く、低コストで製作することができる。また、電磁コイ
ル及び永久磁石の磁束の洩れが少なく、同一トルクを得
るために、電磁コイル及び永久磁石を小型化でき、消費
電力を小さくでき、しかも全体をコンパクトに、かつ低
コストに生産できる。従って、本発明の方向制御弁を空
気調和機等に設置した場合、その装置を小型化できると
共に、その暖房運転時の室外機熱交換機の霜取りから暖
房運転への復帰迄の待ち時間を短縮することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の密閉式方向制御弁の一実施形態の側断
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ方向の平断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ方向の平断面図である。

【図４】図３のＣ−Ｃ方向の側断面図である。

【図５】図１の密閉式方向制御弁の組立前の部品展開図
である。

【図６】図１の主弁の側断面図である。

【図７】図６の上面から見た平面図である。

【図８】図６の底面から見た平面図である。

【図９】図１のロータヨークの側断面図である。

【図１０】図９のＤ−Ｄ方向から見た平面図である。

【図１１】図１０のロータヨークの拡大平面図である。

【図１２】図１０のロータヨークの動作前の状態の平面
図である。

【図１３】図１２に続く動作１の状態の平面図である。

【図１４】図１３に続く動作２の状態の平面図である。

【図１５】図１４に続く動作完了の状態の平面図であ
る。

【図１６】図１のＥ−Ｅ方向の下面から見た平面図であ
る。

【符号の説明】

１ 密閉弁ケース ５ 弁座 ６ 永久磁石 ７ 主弁 ９ 電磁コイル １３ 弁室 １４ 弁室 １５ 連通孔 ２４ スプリング ２７ 流路 ２８ 流路 ２９ 流路 ３０ 流路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端部に弁座を固設した密閉弁ケース
   と、密閉弁ケースの内部に回転可能に配設した永久磁石
   と、密閉弁ケースの内部に回転可能に配設し、かつ密閉
   弁ケース内に連通する複数の流路を通る流体の圧力によ
   り弁座に押しつける力が発生する主弁と、上記永久磁石
   の内側に位置して永久磁石に回転力を与える電磁コイル
   とからなり、上記主弁と弁座とにより形成された弁室と
   密閉弁ケース内の弁室とを導通することにより、主弁の
   弁座に対する押しつけ力を低減する連通孔を主弁に設
   け、かつ電磁コイルの回転により連通孔の開閉操作を行
   なうようにした密閉式方向制御弁。
2. 【請求項２】 ロータヨークと主弁との間に、連通孔を
   閉じる方向に付勢するスプリングを配設した請求項１記
   載の密閉式方向制御弁。