JP5303518B2 - エンドカバーとこのエンドカバーを用いる四方切換弁 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクルに用いられる四方切換弁に関し、特に、エンドカバーとこのエンドカバーを用いる四方切換弁に関するものである。

従来の四方切換弁は、主に電磁コイルと、パイロット弁と、主弁体とからなる。制御において、電磁コイルとパイロット弁との共同作用により、主弁体の転向が実現され、冷媒の流通方向が切換されて、従って熱ポンプ式エアコンを冷房と暖房という二種類の作動状態の間で切換させ、夏に冷房でき、冬に暖房できる一機両用の目的が実現される。

従来の四方切換弁の主弁体は、圧縮機の吸気端口に連通するＳ口と、室内の熱交換器に連通するＥ口と、室外の熱交換器に連通するＣ口という三つの端口を有する。二つのエンドカバーは、それぞれ筒状弁体の両側端部に封止して接続され、主弁体の内部密閉弁チャンバが形成され、かつ二つのピストンが主弁体の内部弁チャンバを左、中、右三つのチャンバに分けており、そのうち、左チャンバがパイロット弁のｅ口に連通し、右チャンバがパイロット弁のｃ口に連通する。このように、パイロット弁の制御で、主弁体内部のスライド弁はピストンと一緒に変位することにより、冷房と暖房という二種類の作動状態の間に切換えることが実現される。冷房の場合には、前記スライド弁を左側にスライドして、前記Ｅ口をＳ口に連通させ、Ｄ口をＣ口に連通させて、この状態で、左側のピストンは左側エンドカバーの内側への凸出部に当接する。暖房の場合には、前記スライド弁を右側にスライドして、前記Ｓ口をＣ口に連通させ、Ｄ口をＥ口に連通させて、この状態で、右側のピストンは右側エンドカバーの内側への凸出部に当接する。

前記作動原理の分析により分かるように、二つのエンドカバーと弁体との間の組み立てや溶接工程の精度に要求が比較的に高い。図１を参照すると、この図は従来技術の四方切換弁のエンドカバー１ａと弁体２ａとの間の位置関係を示しており、エンドカバー１ａが弁体２ａの両側の内チャンバに介入された後に、アルゴン溶接で固定的に接続される。当該組合せ関係はエンドカバー１ａの円柱状外周面を弁体２ａの内壁と当接させることにより、エンドカバーの内側への凸出部の位置公差の要求を確保する。図２も参照すると、この図は図１におけるＩ部の拡大図である。しかしながら、従来の弁体はステンレス板を用いて引張りにより形成されてなり、完成品の弁体は円柱度の誤差が多く存在する。即ち、弁体の内径は一端が大きく、他端が小さい現状が存在している。従って、エンドカバーと弁体との組み合わせは一端の隙間が大きく、他端がきついという問題が存在する。このように、実際に組み立てる時に、エンドカバーを弁体の小径端に押し込むと、常に弁体が広げられて、エンドカバー後ろの部分と弁体との間に遊び嵌めを形成するようになり、エンドカバーと弁体の大径端との組合せ隙間が大きいため、両者間の位置精度及び溶接の品質に影響する。

これに鑑みて、従来のエンドカバーに対して最適化の設計が要望され、構造形式の改良により、エンドカバーと弁体との間の組み立てや、溶接の精度を確保する。

前記の欠点に対して、本発明が解決しようとする技術課題は、エンドカバーを提供し、構造の改良により、エンドカバーと弁体との間の組合せ関係を改善し、弁体の円柱度誤差がエンドカバーと弁体との間の組み立てや、溶接の精度に影響を及ぼす問題を克服する。これに基づき、本発明はこのエンドカバーを用いる四方切換弁を提供する。

本発明は四方切換弁の主弁体の弁体と組み合わせることに用いられるエンドカバーを提供し、当該エンドカバーは軸方向に沿って順次に設置されている大径段と小径段とを有し、そのうち、大径段エンドカバーの外周は弁体と封止接続するために用いられ、小径段のエンドカバーの端部は主弁体のピストンと組み合わせるために用いられることにより、ピストンの作動位置を限定するためのエンドカバーにおいて、前記大径段エンドカバーは外端が大きく、内端が小さい台形状をなすことを特徴とする。

前記のような構造のエンドカバーは、前記台形状の大径段エンドカバーの円錐角が具体的に４°〜３２°である。また、前記のような構造のエンドカバーは、前記台形状の大径段エンドカバーの母線の長さが具体的に１ｍｍ〜５ｍｍであることは好ましい。

従来技術に比べると、本発明の前記エンドカバーの大径段は外端が大きく、内端が小さい台形状に形成される。本発明の大径段エンドカバー本体は薄肉構造であるため、組み立てにおいて、大径段エンドカバーが半径方向に内側への押圧力を受けると、全体を小径端の周りに回して内側へ折り曲げ変形が生じるとともに、大径端が弁体の内壁に当接する。このように、円柱度の誤差が存在する未組立弁体に基づき、その大径端に対して、製品を設計する時に、台形状弁蓋の大径端の公差寸法を効果的にコントロールできれば、両者の間に隙間が大き過ぎる問題を効果的に避けることができる。その小径端に対して、この折り曲げ変形の発生により、エンドカバーの押込みにおいて比較的に大きい半径方向の押圧力が生じることを避けることができる。従ってこの半径方向の押圧力が大き過ぎで弁体を広げられてしまう問題を効果的に解決することができた。組み立てが完成した後に、大径段エンドカバーの大径端、又は大径端に近い外周面と弁体の内壁に当接して組み合わせることによって、両者の間の位置精度の要求を満足でき、両者の間の溶接精度もさらに高めることができる。

本発明に提供された四方切換弁は、主弁体と、パイロットバルブとを含み、主弁体は弁体とこの弁体の両側の端部に封止接続するエンドカバーとを含み、前記エンドカバーは上記のようなエンドカバー構造を採用する。

本発明に提供された四方切換弁は、組み立て後の高精度を確保できるので、ステンレスとするエンドカバーと弁体との間にアルゴン溶接、レーザー溶接或いは高エネルギ密度ビーム溶接によって接続する工程要求を満足できる。

従来技術のエンドカバーと弁体との間の位置関係を示す図 図１におけるＩ部の拡大図 四方切換弁の全体構造模式図 本発明の第１の実施形態に記載されたエンドカバーの全体構造模式図 図４におけるＩＩ部の拡大図 本発明の第２の実施形態に記載されたエンドカバーの全体構造模式図 第２の実施形態に記載されたエンドカバーと弁体との組み立て模式図

以下、明細書と図面とを参照しながら、具体的に本実施の形態を説明する。

本文に係る上、下、左、右、外及び内など方位用語は、図面における四方切換弁の図示位置を基準として定義されたもので、本文に採用された方位用語は本特許の請求の保護範囲を制限するものと理解してはいけない。

図３を参照すると、図３は本実施の形態に記載された四方切換弁の全体構造模式図である。

図３に示すように、四方切換弁は主に主弁体１０と、パイロットバルブ２０と、電磁コイル３０とからなる。

四方切換弁の主弁体１０は、主に弁体２と、この弁体の両側端部に封止して接続されるエンドカバー１と、弁体２の内チャンバに固定的に設置される弁座５と、それぞれ前記弁座５の両側に設置される二つのピストン３（図に一つのみを示す）と、二つのピストン３に接続するブラケット６と、前記ブラケット６の中部に固定的に設置されるスライド弁４とからなる。二つのピストン３が主弁体を左、中、右三つのチャンバに分けており、スライド弁４が前記中チャンバを二つの部分に分け、ピストン３に伴って左右移動し、スライド弁４の下表面が前記弁座５の上表面に沿ってスライドしながら密接する。その左右限界位置はそれぞれ冷房状態と暖房状態であり、図３は冷房状態を示す。図に示すように、弁座５の対向側の弁体１に圧縮機の排気口を接続するための取付け管Ｄが挿入され、前記弁座５の三つの弁口は、それぞれ順次に室内の熱交換器を接続する取付け管Ｅと、圧縮機の吸気口に連通する取付け管Ｓと、室外の熱交換器を接続する取付け管Ｃとに連通する。

パイロット弁２０の主な機能部品は従来技術と完全に同様であり、例えば、弁座に順次に毛細管ｅと、毛細管ｓと、毛細管ｃとが溶接され、かつそれぞれ前記主弁体の左チャンバと、取付け管Ｓと、主弁体の右チャンバとに連通し、弁座の傍らのスリーブに主弁体の取付け管Ｄに連通する毛細管ｄが溶接される。

電磁コイル３０はコイル部品とマグネタイザとからなり、パイロット弁２０の外部に固定的に被せて取り付けられている。

説明する必要があるのは、当業者が従来技術に基づき実現できるため、本文において、パイロット弁２０、電磁コイル３０など部品の技術的細部をさらに詳しく述べない。

本文は従来の主弁体のエンドカバーと弁体との組合せ関係に基づき、以下のような改善方案を提供した。以下、二種類の代表的な実施形態を参照して、詳しく説明する。

図４を参照すると、この図はエンドカバーの第１の実施形態の全体構造模式図である。

図４に示すように、エンドカバー１は軸方向に沿って順次に設置されている大径段と小径段とを有し、そのうち、大径段エンドカバー１１の外周は弁体と封止接続するために用いられ、小径段エンドカバー１２の端部１２１は主弁体のピストンと組合せるために用いられることにより、ピストンの作動位置を限定するようになる点は、従来のエンドカバーの構造と同様である。大径段エンドカバー１１は外端が大きく、内端が小さい台形状に形成される。

大径段エンドカバー１１の外端の半径方向の寸法は弁体１の内径より大きく、大径段エンドカバー１１の内端の半径方向の寸法は弁体２より小さいため、エンドカバー１と弁体２との組み立てにおいて、大径段エンドカバー１１は半径方向の内側への押圧力を受ける。同時に、大径段エンドカバー本体は薄肉構造であるため、この半径方向の押圧力の作用で、全体を小径端の周りに回して内側へ折り曲げ変形が生じ、大径段エンドカバー１１は完全に弁体内に置くと、その大径端が弁体の内壁に当接するため、エンドカバー１と弁体２との間の位置精度を確保する。本出願の発明点を分かりやすく示すために、図５も参照する。この図は図４におけるＩＩ部の拡大図である。

説明する必要があるのは、大径段エンドカバー１１の半径方向の寸法は、弁体の規格と寸法に応じて決めるべきである。例えば、大径段エンドカバー１１の大径端の半径方向の寸法Ｄを決めるときに使用できるもの全ては本出願の保護範囲に属する。

従来のエンドカバーの円柱状の大径段に比べて、本実施の形態に係る前記エンドカバーは、両端の内径寸法の許容公差範囲が決められた弁体に適用し、その大径端に対して、製品を設計する時に、台形状弁蓋の大径端の寸法公差が効果的にコントロールできれば、両者の間に隙間が大き過ぎる問題を効果的に避けることができる。その小径端に対して、この折り曲げ変形の発生により、エンドカバーの押込みにおいて比較的に大きい半径方向の押圧力が生じることを避け、従ってこの半径方向の押圧力が大き過ぎるため、弁体が広げられてしまう問題を効果的に解決することができた。組み立てが完成した後に、大径段エンドカバーの大径端、又は大径端に近い外周面と弁体の内壁に当接して組み合わせることによって、両者の間の位置精度の要求を満足でき、両者の間の溶接精度をさらに高めることができる。

前記構造の改善により、四方切換弁の製品が新材料と新工程を採用させ、具体的には、エンドカバーと弁体はステンレス材料、例えばＳＵＳ３０４材料を採用してもよく、組み立ててから、アルゴン溶接、レーザー溶接或いは高エネルギー密度ビーム溶接により接続される。

力を受ける角度から分析すると、この台形状の大径段エンドカバーの円錐角Ａが大き過ぎると、相応的に、エンドカバー１を弁体２に押し込む時、比較的に大きい力を与える必要であるが、エンドカバー１は薄肉構造であるため、当該付勢力が比較的に大きいと、エンドカバー１の変形を招く。

エンドカバー１の前記のような変形を避けるために、台形状の大径段エンドカバーの円錐角Ａは４°〜３２°の間にあり、好ましいパラメータは４°〜２０°である。

また、図５に示すように、台形状の大径段の母線の長さＬは具体的に１ｍｍ〜５ｍｍであり、プレス加工の工程性能及び組み立てる時のガイド作用が高められて、エンドカバーが押し込まれた後の垂直度を確保できる。

さらに、図５に示すように、エンドカバー１と弁体２との間の溶接工程性を高めるために、エンドカバー１の端面の厚さは弁体２の端面の厚さに相当することが好ましい。エンドカバー１の端面の厚さは弁体２の端面の厚さの０．８〜１．２倍の間に制限するべきである。

図６はエンドカバーの第２の実施形態に記載された全体構造模式図である。

図６に示すように、第１の実施形態に記載されたエンドカバーと比べると、本実施形態に記載されたエンドカバー１’の大径段エンドカバー１１’の端部に半径方向に伸出した止め口１１１’が増設される。当該止め口１１１’は弁体２’の端面に当接して組合せることに用いられる。他の構成と接続関係は第１の実施形態と同様である。同様に、本実施形態に記載されたエンドカバー１’もステンレスを用いてプレス加工により製造されることができる。

このように、エンドカバー１’と弁体２’とを組み立てた後に、エンドカバー１’と弁体２’との間の垂直度の要求を確保できる。図７を参照すると、この図は本実施形態に記載されたエンドカバーと弁体との組み立て模式図であり、前記構造の改善により、四方切換弁の製品が新材料と新工程を採用することができる。具体的には、エンドカバーと弁体はステンレス材料、例えばＳＵＳ３０４材料を採用してもよく、組み立ててから、アルゴン溶接、レーザー溶接或いは高エネルギ密度ビーム溶接により接続される。

本発明に提供された四方切換弁は、主弁体とパイロットバルブとを含む。主弁体はエンドカバーと弁体とを含む。前記エンドカバーと弁体はステンレス材料を用い、前記エンドカバーは上記エンドカバーの構造を採用する。この四方切換弁の構造方法と効果は前記にエンドカバーと共に詳しく述べたので、ここでは贅言しない。

本発明に提供された四方切換弁の組立方法は、主に以下のようなステップを含む。

ステップ１：エンドカバーと弁体とを成形する
エンドカバーはＳＵＳ３０４材料のようなステンレス板を用いることができる。材料を入れてから絞り成形の方式により部品とする完成品を加工できる。その形状として、図４に示すような大径段エンドカバーは外端が大きく、内端が小さい台形状をなすことができる（以下、第１のエンドカバー構造と略称する）。または、図６に示すような大径段エンドカバーの端部に半径方向に伸出した止め口（以下、第２のエンドカバー構造と略称する）を有する。弁体はステンレス管状材料を用いて製造される。

ステップ２：弁体部品を組み立てる
弁体、弁座、取付け管Ｅ、Ｓ、Ｃ、Ｄなど部品を組み立てた後に、さらに炉において鑞接やトーチ半田付けなどの方式で一体に溶接される。もしトーチ半田付けの方式であれば、溶接の後にまた表面処理によりスケールを除去する処理工程が必要である。

ステップ３：パイロット弁と弁体とを組み合わせる
パイロットバルブと弁体部品を組み立ててから溶接して固着する。

ステップ４：組み立て
スライド弁、ブラケット、ピストンなど部品を組み立てる。

ステップ５：エンドカバーを取り付ける
第１のエンドカバー構造であれば、大径段エンドカバーの外端と前記弁体の内壁との間に締まり嵌めとなる。締め代量は具体的に材質と寸法に応じて、例えば０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの間に制限するのが好ましい。手動、油圧、空気圧などの圧力機を用いて、エンドカバーを弁体の両端に押し込んで、エンドカバーの外端を弁体の外端に平行或いはやや位置ずれさせ、そしてワークを治具に置いて締め付けて固定する。第２のエンドカバー構造であれば、両部品の組合せ寸法に応じて、締め代と圧力嵌めなどの方式を選択して、エンドカバーの止め口を弁体の端面に当接して組合せ、再び部品を治具に置いて締め付けて固定する。

ステップ６：エンドカバーと弁体とを溶接して固着する
アルゴンアック溶接や、プラズマ溶接や、レーザー溶接などの方式により、両者を一体に溶接する。溶接する時に弁体内部の部品を弁体の中間部位に置き、溶接後直ちに濡れたタオルや、冷たい空気などで溶接部位を冷却することにより、溶接によるピストンへの熱影響を低減する。

本発明に提供された四方切換弁の動作過程について、以下のように述べる。

エアコンは冷房運転が必要な時に、電磁コイル３０が停電し、パイロット弁２０における二つの毛細管ｅ、ｓと二つの毛細管ｃ、ｄがそれぞれ連通する。この場合、主弁体の左チャンバは低圧・低温区域であり、主弁体の右チャンバは高圧・高温区域である。このように前記主弁体１０内の左右チャンバの間に圧力差が形成され、この圧力差の作用で、前記スライド弁４とピストン３は左側に移動して、両管Ｅ、Ｓを連通させるとともに、両管Ｄ、Ｃを連通させる。この時、システム内部の冷媒の流通経路は、以下のようになる。即ち：圧縮機の排気口→取付け管Ｄ→主弁体→取付け管Ｃ→室外の熱交換器→絞り素子→室内の熱交換器→取付け管Ｅ→スライド弁４→取付け管Ｓ→圧縮機の吸気口。従って冷凍サイクルが実現されている。

エアコンは暖房運転が必要な時に、電磁コイル３０を通電し、パイロット弁２０における二つの毛細管ｃ、ｓと二つの毛細管ｅ、ｄがそれぞれ連通する。この場合、主弁体の右チャンバは低圧・低温区域であり、主弁体の左チャンバは高圧・高温区域である。このように前記主弁体１０内の左右チャンバの間に圧力差が形成され、この圧力差の作用で、前記スライド弁４とピストン３は右側に移動して、両管Ｃ、Ｓを連通させるとともに、両管Ｄ、Ｅを連通させる。この時、システム内部の冷媒の流通経路は、以下のようになる。即ち：圧縮機排気口→取付け管Ｄ→主弁体→取付け管Ｅ→室内の熱交換器→絞り素子→室外の熱交換器→取付け管Ｃ→スライド弁→取付け管Ｓ→圧縮機吸気口。従って暖房サイクルが実現されている。

以上説明したのが、本発明の好ましい実施形態であり、当業者にとって、本発明の原理から逸脱しない前提で、本発明に対して若干改善と飾りをすることもでき、これらの改善や飾りも本発明の保護範囲に属することである。

１０：主弁体
２０：パイロット弁
３０：電磁コイル
１、１’：エンドカバー
１１、１１’：大径段エンドカバー
１１１’：止め口
１２：小径段エンドカバー
１２１：端部
２、２’：弁体
３：ピストン
４：スライド弁
５：弁座
６：ブラケット

Claims (3)

1. 四方切換弁の主弁体の弁体と組み合わせることに用いられるエンドカバーであって、前記エンドカバーは軸方向に沿って順次に設置されている大径段と小径段とを有し、そのうち、大径段エンドカバーの外周は弁体と封止接続するために用いられ、小径段のエンドカバーの端部は主弁体のピストンと組み合わせるために用いられることにより、ピストンの作動位置を限定するためのエンドカバーにおいて、
   前記大径段エンドカバーは外端が大きく、内端が小さい台形状に形成されており、前記台形状の大径段エンドカバーの円錐角は、４°〜３２°であることを特徴とするエンドカバー。
2. 前記台形状の大径段エンドカバーの母線の長さは、１ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のエンドカバー。
3. 主弁体と、パイロット弁とを備え、前記主弁体がエンドカバーと弁体とを含む四方切換弁において、
   前記エンドカバーと弁体はステンレス材料を採用し、前記エンドカバーは請求項１又は２に記載のエンドカバーを採用することを特徴とする四方切換弁。

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