ステッピングモータ駆動式の制御弁
【課題】小型で構造が簡単なステッピングモータ駆動式の制御弁を提供する。
【解決手段】制御弁１は、上流側から冷媒を導入する導入ポート１１０と、下流側へ冷媒を導出する導出ポート１１２，１１４と、導入ポート１１０と導出ポート１１２，１１４とを連通する弁孔１２０，１４４とを有するボディ１０４と、弁孔１２０，１４４に接離して弁部を開閉する弁体１３０，１３２と、弁体１３０，１３２を弁部の開閉方向に駆動するためのロータ１７２を含むステッピングモータと、ロータ１７２とともに回転し、その軸線周りの回転運動を軸線方向の並進運動に変換することにより弁体１３０，１３２を弁部の開閉方向に駆動する弁作動体１３４と、を備える。弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転が規制される一方、ロータ１７２に対して軸線方向に並進可能となるようロータ１７２に支持されている。
【解決手段】制御弁１は、上流側から冷媒を導入する導入ポート１１０と、下流側へ冷媒を導出する導出ポート１１２，１１４と、導入ポート１１０と導出ポート１１２，１１４とを連通する弁孔１２０，１４４とを有するボディ１０４と、弁孔１２０，１４４に接離して弁部を開閉する弁体１３０，１３２と、弁体１３０，１３２を弁部の開閉方向に駆動するためのロータ１７２を含むステッピングモータと、ロータ１７２とともに回転し、その軸線周りの回転運動を軸線方向の並進運動に変換することにより弁体１３０，１３２を弁部の開閉方向に駆動する弁作動体１３４と、を備える。弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転が規制される一方、ロータ１７２に対して軸線方向に並進可能となるようロータ１７２に支持されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータ駆動式の制御弁に関し、特に車両用冷暖房装置に好適な制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。
【０００４】
ところで、このように冷凍サイクルの運転状態によって複数の蒸発器が機能する場合、各蒸発器を流れる冷媒流量の割合を調整する必要がある。複数の凝縮器が機能する場合も同様である。このため、冷媒循環通路の特定位置に弁開度を電気的に調整可能な制御弁を設けることがあるが、一般には比較的低コストで大きな駆動力が得られるソレノイド駆動の電磁弁が用いられることが多い。しかし、特に弁開度の精密な制御が必要となる場合には、住宅用冷暖房装置に多くみられるようにステッピングモータ駆動式の制御弁を用いるのが好ましい（例えば特許文献１，２参照）。ステップ数（駆動パルス数）の設定により弁体の変位量、ひいては弁開度を正確に調整できるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１５５４号公報
【特許文献２】実開平５−９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば特許文献１に記載の制御弁は、弁の開閉駆動にロータの並進移動を伴うためステッピングモータが大きくなり、車両への設置スペース上の問題が生じる。この点、特許文献２に記載の制御弁は、ロータと弁体とを駆動軸にて接続し、ロータの回転力を駆動軸の並進力に変換して弁体を開閉駆動させる構成を有する。具体的には、ロータの内周面に雌ねじ部を設ける一方、駆動軸の外周面に雄ねじ部を設け、それらのねじ機構により回転運動を並進運動に変換する。このため、モータ全体をコンパクトに構成することが可能となる。しかし、このような構成では、弁体を駆動する際にその弁体から作用する軸線方向の反力がロータに作用するため、ロータをその軸線方向に安定に支持するために高価なベアリングが必要となり、コストが嵩むといった問題が残る。
【０００７】
本発明の目的の一つは、ステッピングモータ駆動式の制御弁をコンパクトに構成できるようにし、かつそれを低コストに実現可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御弁は、ステッピングモータ駆動式の制御弁において、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとを連通する弁孔とを有するボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、弁体を弁部の開閉方向に駆動するためのロータを含むステッピングモータと、ロータとともに回転し、その軸線周りの回転運動を軸線方向の並進運動に変換することにより弁体を弁部の開閉方向に駆動する弁作動体と、を備える。弁作動体は、ロータに対する回転が規制される一方、ロータに対して軸線方向に並進可能となるようロータに支持されている。
【０００９】
この態様によると、ロータの回転運動を並進運動に変換して弁体を弁部の開閉方向に駆動する弁作動体が設けられるため、ロータの軸線方向への変位をなくし、ステッピングモータをコンパクトに構成することができる。また、弁作動体はロータに対する回転が規制されるが、ロータに対する軸線方向の並進動作は許容される。このため、弁体側から弁作動体に作用する軸線方向の反力がロータに伝わることを抑制できる。その結果、ロータを軸線方向に支持するための高価なベアリングを別途設ける必要がなくなり、制御弁を低コストに製造できるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステッピングモータ駆動式の制御弁をコンパクトに構成でき、また低コストに実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図３】第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図４】第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図５】第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図８】第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図９】第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１２】第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１３】第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１４】第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１５】第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１〜図３は、第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態の制御弁は、例えば電気自動車に搭載されるヒートポンプ式の冷暖房装置への適用を想定したものである。
【００１３】
すなわち、車両用冷暖房装置には、圧縮機、室内凝縮器、室外熱交換器、蒸発器およびアキュムレータ等を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）が設けられ、冷媒が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程でなされる熱交換により車室内の空調が行われる。冷媒循環回路には冷暖房を適切に制御するための各種制御弁が配設されており、制御弁１はその一つを構成する。
【００１４】
制御弁１は、上流側通路から第１下流側通路および第２下流側通路に分岐する分岐点に設けられ、その上流側通路から各下流側通路へ流れる冷媒の流量を調整する。制御弁１は、その開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。制御弁１は、基本的には全開状態、大口径制御状態、小口径制御状態、閉弁状態のいずれかの状態に制御される。なお、大口径制御状態は全開状態には到らないが開度が大きい状態であり、小口径制御状態は閉弁状態には到らないが開度が小さい状態である。制御弁１は、小口径制御により膨張装置としても機能する。
【００１５】
図１に示すように、制御弁１は、ステッピングモータ駆動式の電動弁として構成され、弁本体１０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体１０１は、有底筒状のボディ１０４に小口径の第１弁１０５（「弁部」を構成する）と、大口径の第２弁１０６（「弁部」を構成する）とを同軸状に収容して構成される。
【００１６】
ボディ１０４の一方の側部には導入ポート１１０が設けられ、他方の側部には上下に第１導出ポート１１２、第２導出ポート１１４が設けられている。導入ポート１１０は上流側通路に連通し、第１導出ポート１１２は第１下流側通路に連通し、第２導出ポート１１４は第２下流側通路に連通する。すなわち、ボディ１０４には、導入ポート１１０と第１導出ポート１１２とをつなぐ第１冷媒通路と、導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ第２冷媒通路が形成される。
【００１７】
ボディ１０４の上半部には、円筒状のガイド部材１１６が配設されている。ガイド部材１１６は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。ガイド部材１１６は、その上半部の内周面がガイド孔１１８を形成し、その下端部が弁孔１２０を形成している。また、弁孔１２０の下端開口端縁により弁座１２２が形成されている。ガイド部材１１６における第１導出ポート１１２との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。
【００１８】
ボディ１０４の上端部には、円板状の区画部材１２４が配設されている。区画部材１２４は、弁本体１０１の内部とモータユニット１０２の内部とを区画する。区画部材１２４の中央部には、円ボス状の軸受部１２６が設けられている。軸受部１２６の内周面には雌ねじ部が設けられ、外周面は滑り軸受として機能する。
【００１９】
ボディ１０４の内方には、大径の弁体１３０、小径の弁体１３２、および弁作動体１３４が同軸状に配設されている。弁体１３０が上流側から弁孔１２０に接離して大口径の第２弁１０６の開度を調整することにより、第１冷媒通路を流れる冷媒の流量が調整される。弁体１３０の外周面にはリング状の弾性体（例えばゴム）からなる弁部材１３６が嵌着されており、その弁部材１３６が弁座１２２に着座することにより、第２弁１０６を完全に閉じることが可能になる。
【００２０】
一方、ボディ１０４の下半部には、小円筒状のガイド部材１４０が配設されている。ガイド部材１４０は、第２冷媒通路の中央部に弁体１３０と同軸状に設けられ、その下半部がボディ１０４に圧入されている。ガイド部材１４０は、その上半部の内周面がガイド孔１４２を形成し、その下端部が弁孔１４４を形成している。また、弁孔１４４の上端開口端縁により弁座１４６が形成されている。ガイド部材１４０における導入ポート１１０との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。図示のように、弁孔１２０および弁孔１４４の上流側に導入ポート１１０に連通する共通の高圧室１１５が形成され、弁孔１２０の下流側には第１導出ポート１１２に連通する低圧室１１７が形成され、弁孔１４４の下流側には第２導出ポート１１４に連通する低圧室１１９が形成されている。
【００２１】
弁体１３０は、縮径部を介して区画部１４８が連設されている。区画部１４８は、低圧室１１７に配置されている。そして、区画部１４８の上端部がガイド孔１１８に摺動可能に支持されることにより、弁体１３０の開閉方向への安定した動作が確保されている。区画部１４８と区画部材１２４との間には背圧室１５０が形成される。また、弁体１３０と区画部１４８とを貫通する連通路１５１が形成され、高圧室１１５と背圧室１５０とを連通させている。これにより、背圧室１５０には常に、導入ポート１１０から導入される上流側圧力Ｐinが満たされる。
【００２２】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａとガイド孔１１８の有効径Ｂとが等しく設定されているため（弁体１３０の有効受圧面積と区画部１４８の有効受圧面積とが実質的に等しくされているため）、弁体１３０に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特に、その圧力キャンセルを厳密に実現するために、背圧室１５０における区画部１４８の上方には、第２弁１０６が閉弁状態となるときに区画部１４８に密着してその有効受圧面積を拡大する受圧調整部材１４９が配設されている。受圧調整部材１４９は、リング状をなす弾性体（例えばゴム）からなり、その外周端部がガイド部材１１６と区画部材１２４との間に挟まれるようにして支持されている。
【００２３】
すなわち、弁体１３０の有効受圧面積は、弁孔１２０の有効径Ａに対応するように設定されている。しかし、弁部材１３６が弁座１２２に着座した完全シール状態においては、弾性体の性質により実際の有効受圧径が弁孔１２０の有効径Ａよりもやや大きくなる。これに対応するため、その完全シール時においては、受圧調整部材１４９が区画部１４８の下面に密着するようにすることで、背圧室１５０側の有効受圧径がガイド孔１１８の有効径Ｂよりもやや大きくなるようにする。このようにして弁体１３０の有効受圧面積と区画部１４８の有効受圧面積とを等しくすることにより、完全な圧力キャンセルを実現する。
【００２４】
弁体１３２は、段付円柱状をなし、弁体１３０の内方に同軸状に配設されている。弁体１３２の下半部は、ガイド部材１４０に摺動可能に挿通され、その先端部が弁孔１４４に対向配置されいる。一方、弁体１３２の上半部は、弁体１３０の連通路１５１を貫通し、その上端部が弁作動体１３４に支持されている。弁体１３２は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔１４４に挿抜される。そして、弁体１３２が弁座１４６に着脱することにより第１弁１０５が開閉される。弁体１３２の上端部は弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部１５６となっている。
【００２５】
弁作動体１３４は、段付円筒状をなし、その外周部に雄ねじ部が形成されている。雄ねじ部は、軸受部１２６の雌ねじ部に螺合する。弁作動体１３４の上端部には半径方向外向きに延出する複数（本実施形態では４つ）の脚部１５２が設けられており、モータユニット１０２のロータに嵌合している。弁体１３２と区画部１４８との間には、弁体１３２を閉弁方向に付勢するスプリング１５４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。通常の状態では図示のように、スプリング１５４によって弁体１３２が下方へ付勢される一方、弁体１３２の係止部１５６が弁作動体１３４の上端部に係止される。このため、弁体１３２は、弁作動体１３４に対して最も下方に位置する状態となる。
【００２６】
弁作動体１３４は、モータユニット１０２の回転駆動力を受けて回転し、その回転力を並進力に変換する。すなわち、弁作動体１３４が回転すると、ねじ機構（「作動変換機構」として機能する）によって弁作動体１３４が軸線方向に変位し、弁体１３２を開閉方向に駆動する。第１弁１０５の開弁時には弁体１３２と弁作動体１３４とが一体に動作する。
【００２７】
一方、モータユニット１０２は、ロータ１７２とステータ１７３とを含むステッピングモータとして構成されている。モータユニット１０２は、有底円筒状のスリーブ１７０の内方にロータ１７２を回転自在に支持するようにして構成されている。スリーブ１７０の外周には、励磁コイル１７１を収容したステータ１７３が設けられている。スリーブ１７０は、その下端開口部がボディ１０４に組み付けられており、ボディ１０４とともに制御弁１のボディを構成する。
【００２８】
ロータ１７２は、円筒状に形成された回転軸１７４と、その回転軸１７４の外周に配設されたマグネット１７６を備える。本実施形態では、マグネット１７６は２４極に磁化されている。回転軸１７４の内方にはモータユニット１０２のほぼ全長にわたる内部空間が形成されている。回転軸１７４の内周面の特定箇所には、軸線に平行に延びるガイド部１７８が設けられている。ガイド部１７８は、後述する回転ストッパと係合するための突部を形成するものであり、軸線に平行に延びる一つの突条により構成されている。
【００２９】
回転軸１７４の下端部はやや縮径され、その内周面に軸線に平行に延びる４つのガイド部１８０が設けられている。ガイド部１８０は、軸線に平行に延びる一対の突条により構成され、回転軸１７４の内周面に９０度おきに設けられている。この４つのガイド部１８０には、上述した弁作動体１３４の４つの脚部１５２が嵌合し、ロータ１７２と弁作動体１３４とが一体に回転できるようになっている。ただし、弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転方向の相対変位は規制されるものの、そのガイド部１８０にそった軸線方向の変位は許容される。すなわち、弁作動体１３４は、ロータ１７２とともに回転しつつ弁体１３２の開閉方向に駆動される。
【００３０】
ロータ１７２の内方には、その軸線に沿って長尺状のシャフト１８２が配設されている。シャフト１８２は、その上端部がスリーブ１７０の底部中央に圧入されることにより片持ち状に固定され、ガイド部１７８に平行に内部空間に延在している。シャフト１８２は、弁作動体１３４と同一軸線上に配置されている。シャフト１８２には、そのほぼ全長にわたって延在する螺旋状のガイド部１８４が設けられている。ガイド部１８４は、コイル状の部材からなり、シャフト１８２の外面に嵌着されている。ガイド部１８４の上端部は折り返されて係止部１８６となっている。
【００３１】
ガイド部１８４には、螺旋状の回転ストッパ１８８が回転可能に係合している。回転ストッパ１８８は、ガイド部１８４に係合する螺旋状の係合部１９０と、回転軸１７４に支持される動力伝達部１９２とを有する。係合部１９０は一巻きコイルの形状をなし、その下端部に半径方向外向きに延出する動力伝達部１９２が連設されている。動力伝達部１９２の先端部がガイド部１７８に係合している。すなわち、動力伝達部１９２は、ガイド部１７８の一つの突条に当接して係止される。このため、回転ストッパ１８８は、回転軸１７４により回転方向の相対変位は規制されるが、ガイド部１７８に摺動しつつその軸線方向の変位が許容される。
【００３２】
すなわち、回転ストッパ１８８は、ロータ１７２と一体に回転し、その係合部１９０がガイド部１８４にそってガイドされることで、軸線方向に駆動される。ただし、回転ストッパ１８８の軸線方向の駆動範囲はガイド部１７８の両端に形成された係止部により規制される。同図には、回転ストッパ１８８が中間位置にある状態が示されている。回転ストッパ１８８が上方へ変位して係止部１８６に係止されると、その位置が上死点となる。回転ストッパ１８８が下方へ変位すると、その下死点にて係止される。
【００３３】
ロータ１７２は、その上端部がシャフト１８２に回転自在に支持され、下端部が軸受部１２６に回転自在に支持されている。具体的には、回転軸１７４の上端開口部を封止するように有底円筒状の端部部材１９４が設けられ、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分がシャフト１８２に支持されている。すなわち、軸受部１２６が一端側の軸受部となり、シャフト１８２における円筒軸１９６との摺動部が他端側の軸受部となっている。
【００３４】
以上のように構成された制御弁１は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について詳細に説明する。
制御弁１の流量制御において、車両用冷暖房装置の図示しない制御部は、設定開度に応じたステッピングモータの駆動ステップ数を演算し、励磁コイル１７１に駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ１７２が回転し、一方で弁作動体１３４が回転駆動されて小口径の第１弁１０５および大口径の第２弁１０６の開度が設定開度に調整され、他方で回転ストッパ１８８がガイド部１８４にそって駆動されることにより、各弁体の動作範囲が規制される。
【００３５】
具体的には、小口径制御を実行する場合、図１の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁体１３２が開弁方向に変位し、図２に示すように第１弁１０５が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって上昇し、係止部１５６を吊り上げるようにして弁体１３２を開弁方向に変位させる。弁体１３２は、図１に示す全閉状態と図２に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第１弁１０５の開度が調整される。
【００３６】
また、大口径制御を実行する場合、図１の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁体１３２が閉弁方向に変位し、図３に示すように第２弁１０６が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４が区画部１４８に当接してこれを押し下げるようにして弁体１３０を開弁方向に変位させる。弁体１３０は、図１に示す全閉状態と図３に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁１０６の開度が調整される。このとき、図示のように、弁体１３２の係止部１５６と弁作動体１３４の底部との係合状態が解除されるため、弁体１３２と弁座１４６との間に過度な押圧力が作用することもない。
【００３７】
ロータ１７２の回転数は制御指令値としての駆動ステップ数に対応するため、図示しない制御部は、制御弁１を任意の開度に制御することができる。本実施形態では、ロータ１７２の１回転あたり、各弁体が０．５ｍｍストロークする。なお、弁体１３２がスプリング１５４により常に閉弁方向に付勢されているため、弁体１３０が弁座１２２から離間した第２弁１０６の開弁状態においては、弁体１３２が弁座１４６に着座した第１弁１０５の閉弁状態が維持されるようになる。
【００３８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成等が第１実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図４〜図６は、第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００３９】
制御弁２は、冷媒循環通路を構成する第１通路と第２通路と第３通路との接続点に設けられ、各通路間の冷媒の流れを切り替えるとともにその流量を調整する。本実施形態において、第１通路は上流側通路、第３通路は下流側通路となるが、第２通路は車両用冷暖房装置の運転状態に応じて上流側通路になりまた下流側通路にもなる共用通路である。制御弁２は、第１弁２０５（「弁部」を構成する）と第２弁２０６（「弁部」を構成する）を有し、一方の閉弁状態において他方の開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。ただし、第１弁２０５と第２弁２０６は、第１実施形態のような大きさの差はなく、基本的には第１弁２０５の制御状態、第２弁２０６の制御状態、閉弁状態のいずれかの状態に制御される。
【００４０】
図４に示すように、制御弁２は、弁本体２０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体２０１は、ボディ１０４に第１弁２０５と第２弁２０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ１０４の一方の側部には導入ポート２１０および導出ポート２１２が設けられ、他方の側部には導入出ポート２１４が設けられている。導入ポート２１０は第１通路に連通し、導入出ポート２１４は第２通路に連通し、導出ポート２１２は第３通路に連通する。ボディ１０４には、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて、導入ポート２１０と導入出ポート２１４とをつなぐ第１冷媒通路、および導入出ポート２１４と導出ポート２１２とをつなぐ第２冷媒通路のいずれか一方が形成される。
【００４１】
ボディ１０４の内方には、弁体１３０、弁体２３２、および弁作動体２３４が同軸状に配設されている。本実施形態において、区画部材１２４の軸受部２２６の外周面は滑り軸受として機能するが、内周面には第１実施形態のような雌ねじ部は設けられていない。一方、区画部２４８の内周面に雌ねじ部が設けられている。弁作動体２３４は、その上半部の外周面に雄ねじ部が形成され、区画部２４８の雌ねじ部に螺合している。弁作動体２３４は、その下半部が弁体１３０の下方に延出し、その先端にて弁体２３２に当接するように接続されている。区画部２４８と区画部材１２４との間には、弁体１３０を開弁方向に付勢するスプリング２５１（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４２】
ボディ１０４の下半部には、段付円筒状の区画部材２３０が配設されている。区画部材２３０は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。区画部材２３０の内周面には軸線に平行な突条２３１が設けられ、弁体１３０の下端外周部に設けられた脚部を回転方向に係止している。すなわち、突条２３１は弁体１３０の回り止めとなっている。区画部材２３０の下部には、半径方向内向きに延出するフランジ部が形成され、そのフランジ部の内周部により弁孔１４４が形成されている。また、弁孔１４４の下端開口端縁により弁座１４６が形成されている。区画部材２３０における導入出ポート２１４との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。
【００４３】
弁体２３２は、弁孔１４４と導入ポート２１０との間の圧力室２１５に配設され、上流側から弁孔１４４に接離して第１弁２０５の開度を調整する。弁体２３２は、有底円筒状をなし、その上端部の外周面にはリング状の弾性体（例えばゴム）からなる弁部材２５０が嵌着されており、その弁部材２５０が弁座１４６に着座することにより、第１弁２０５を完全に閉じることが可能になる。圧力室２１５には、円ボス状のガイド部２５２が弁孔１４４と同軸状に形成されている。そして、弁体２３２の下端部がシール部材を介してガイド部２５２に摺動可能に内挿されている。弁体２３２とガイド部２５２とに囲まれた空間により背圧室２５４が形成される。弁体２３２とボディ１０４との間には、弁体２３２を閉弁方向に付勢するスプリング２５６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４４】
弁作動体２３４は、弁体２３２の上底部に当接する。その上底部に導入出ポート２１４と背圧室２５４とを連通させる連通孔２５８が設けられているため、背圧室２５４には導入出ポート２１４から導入または導出される中間圧力Ｐｐが満たされる。ここで、本実施形態においては、弁孔１４４の有効径Ｃとガイド部２５２の有効径Ｄとが等しく設定されているため、弁体２３２に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。また、第１実施形態と同様に弁体１３０に作用する冷媒圧力の影響もキャンセルされる。
【００４５】
以上のように構成された制御弁２は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１冷媒通路を開弁する場合、図４の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁作動体２３４が弁体１３０に対して相対的に下方へ変位する。このとき、弁体１３０が弁座１２２に着座して第２弁２０６を閉じ、上方へ変位できない状態となっているため、弁作動体２３４が下方へ変位して弁体２３２を開弁方向へ押し下げる。弁体２３２は、図４に示す全閉状態と図５に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第１弁２０５の開度が調整される。その結果、導入ポート２１０から導入された冷媒が第１弁２０５を経て導入出ポート２１４から導出される。
【００４６】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第２冷媒通路を開弁する場合、図４の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁作動体２３４が弁体１３０に対して相対的に上方へ変位する。このとき、スプリング２５６の付勢力により弁体２３２が弁座１４６に着座した状態、つまり第１弁２０５の閉弁状態が維持される。一方、弁作動体２３４が弁体１３０から離間する方向に変位するため、スプリング２５６の荷重とバランスするスプリング２５１の荷重が緩和され、スプリング２５１が伸長する。その結果、弁体１３０が下方へ変位する。弁体１３０は、図４に示す全閉状態と図６に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁２０６の開度が調整される。
【００４７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成等が第１，第２実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第１，第２実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図７〜図９は、第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００４８】
制御弁３は、冷媒循環通路を構成する第１上流側通路と第２上流側通路と下流側通路との接続点に設けられ、各通路間の冷媒の流れを切り替えるとともにその流量を調整する。制御弁３は、第１弁３０５と第２弁３０６を有し、一方の閉弁状態において他方の開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。
【００４９】
図７に示すように、制御弁３は、弁本体３０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体３０１は、ボディ１０４に第１弁３０５と第２弁３０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ１０４の一方の側部には第１導入ポート３１０および第２導入ポート３１２が設けられ、他方の側部には導出ポート３１４が設けられている。第１導入ポート３１０は第１上流側通路に連通し、第２導入ポート３１２は第２上流側通路に連通し、導出ポート３１４は下流側通路に連通する。ボディ１０４には、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて、第１導入ポート３１０と導出ポート３１４とをつなぐ第１冷媒通路、および第２導入ポート３１２と導出ポート３１４とをつなぐ第２冷媒通路のいずれか一方が形成される。
【００５０】
ボディ１０４には、段付円筒状の区画部材３３０が内挿されている。区画部材３３０は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。そして、区画部材３３０の上半部に弁孔１２０が形成され、下半部に弁孔１４４が形成されている。ボディ１０４の内方には、弁体１３０、弁体３３２、弁作動体１３４および伝達ロッド３３４が同軸状に配設されている。区画部材１２４の軸受部２２６の内周面には、第１実施形態と同様に雌ねじ部が設けられている。弁作動体１３４の下端部には、伝達ロッド３３４が連結されている。伝達ロッド３３４は、段付円柱状をなし、弁体１３０の中央部を軸線方向に貫通している。伝達ロッド３３４の上端部は、弁作動体１３４の底部に固定されている。伝達ロッド３３４の下半部は大径化され、その段部が弁体１３０との相対変位を規制する係止部となっている。
【００５１】
区画部材１２４の内方にはガイド孔１１８が形成されている。弁体１３０に連設された区画部３４８は、その上端部がガイド孔１１８に摺動可能に支持されている。区画部材１２４と区画部３４８とに囲まれた空間により背圧室１５０が形成されている。伝達ロッド３３４と弁体１３０との間に所定のクリアランスが存在するため、弁孔１２０の下流側の下流側圧力Ｐoutがそのクリアランスを介して背圧室１５０に導入される。
【００５２】
区画部材１２４と弁体１３０との間には、弁体１３０を閉弁方向に付勢するスプリング３５１（「付勢部材」として機能する）が介装されている。区画部材１２４と区画部材３３０との間には受圧調整部材３４９が配設されている。受圧調整部材３４９は、第１実施形態の受圧調整部材１４９とは異なり、薄膜状に形成され、区画部３４８に対して下方から当接する。
【００５３】
弁体３３２は、弁孔１４４と第１導入ポート３１０との間の圧力室３１５に配設され、上流側から弁孔１４４に接離して第１弁３０５の開度を調整する。弁体３３２は、第２実施形態の弁体２３２に近似した構造を有する。弁体３３２とガイド部２５２との間には背圧室２５４が形成され、下流側圧力Ｐoutが導入される。区画部材３３０の下端部とボディ１０４との間にも受圧調整部材３４９が配設されている。受圧調整部材３４９は、弁体３３２の下端部に対して上方から当接する。
【００５４】
ここで、本実施形態においても、弁孔１４４の有効径Ｃとガイド部２５２の有効径Ｄとが等しく設定され、また弁孔１２０の有効径Ａとガイド孔１１８の有効径Ｂとが等しく設定されている。このため、弁体１３０および弁体２３２に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。
【００５５】
以上のように構成された制御弁３は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１冷媒通路を開弁する場合、図７の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁体３３２が開弁方向に変位し、図８に示すように第１弁３０５が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって下降し、弁体３３２を押し下げるようにして開弁方向に変位させる。弁体３３２は、図７に示す全閉状態と図８に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第１弁３０５の開度が調整される。その結果、第１導入ポート３１０から導入された冷媒が第１弁３０５を経て導出ポート３１４から導出される。
【００５６】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第２冷媒通路を開弁する場合、図７の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁体３３２が閉弁方向に変位し、図９に示すように第２弁３０６が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって上昇し、伝達ロッド３３４を吊り上げるようにして弁体１３０を開弁方向に変位させる。弁体１３０は、図７に示す全閉状態と図９に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁３０６の開度が調整される。このとき、伝達ロッド３３４が弁体３３２から離間して弁体３３２を押し下げる方向の力がなくなり、スプリング２５６の付勢力によって弁体３３２が弁座１４６に着座し、第１弁３０５が閉弁状態を維持する。その結果、第２導入ポート３１２から導入された冷媒が第２弁３０６を経て導出ポート３１４から導出される。
【００５７】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成およびポートの数が第１実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１０〜図１２は、第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００５８】
制御弁４は、冷媒循環通路の所定位置に設けられ、上流側通路から下流側通路へ流れる冷媒の流量を調整する。図１０に示すように、制御弁４は、弁本体４０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。制御弁４は、有底筒状のボディ１０４に小口径の第１弁４０５と、大口径の第２弁４０６とを同軸状に収容して構成され、一方の閉弁状態において他方の開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。
【００５９】
ボディ１０４の一方の側部には導入ポート１１０が設けられ、他方の側部には導出ポート４１２が設けられている。導入ポート１１０は上流側通路に連通し、導出ポート４１２は下流側通路に連通する。制御弁４は、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１弁４０５のみ、または第１弁４０５および第２弁４０６の双方を開弁する。
【００６０】
ボディ１０４には、有底円筒状の区画部材４２０と段付円筒状の区画部材４３３とが同軸状に内挿されている。区画部材４２０は、ボディ１０４の下半部に嵌合され、ボディ１０４との間に連通路４２２を形成する。区画部材４２０の底部中央を軸線方向に貫通する段付孔が設けられ、その上端開口部にリング状の弁座形成部材４２４が圧入されている。弁座形成部材４２４の内周部により弁孔１４４が形成され、その上端開口端縁により弁座１４６が形成されている。弁体１３２が弁座１４６に着脱することにより、第１弁４０５が開閉される。連通路４２２は、弁孔１４４と導出ポート４１２とを連通させる。
【００６１】
区画部材４３３は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。そして、区画部材４３３の中央部に弁孔１２０が形成されている。区画部材４３３の下半部にはガイド孔１１８が形成されている。ボディ１０４の内方には、弁体１３０、弁体１３２、弁作動体１３４および伝達ロッド４３０が同軸状に配設されている。区画部材１２４の軸受部２２６の内周面には、第１実施形態と同様に雌ねじ部が設けられている。伝達ロッド４３０は弁体１３２に一体に設けられ、弁体１３０および区画部１４８の内方の連通路１５１を摺動可能に貫通する。伝達ロッド４３０は、その上端部および中央部に半径方向外向きに突出する係止部を有する。伝達ロッド４３０は、弁作動体１３４および弁体１３０のそれぞれと相対変位可能であるが、その上側の係止部が弁作動体１３４の上面に係止されることにより、弁作動体１３４との相対変位が規制される。また、中央の係止部が弁体１３０の上端部に係止されることにより弁体１３０との相対変位が規制される。
【００６２】
弁体１３０は、導入ポート１１０と弁孔１２０との間の圧力室４１５に配設され、上流側から弁孔１２０に接離して第２弁４０６の開度を調整する。弁体１３０と区画部材１２４との間には、弁体１３０を閉弁方向に付勢するスプリング４３１（「付勢部材」として機能する）が介装されている。弁体１３２は、伝達ロッド４３０の下端部に一体に設けられ、背圧室１５０から弁座１４６に着脱する。伝達ロッド４３０と弁作動体１３４との間には、弁体１３２を閉弁方向に付勢するスプリング４３２（「付勢部材」として機能する）が介装されている。区画部１４８と区画部材４２０とに囲まれた空間により背圧室１５０が形成されている。導入ポート１１０を介して導入された上流側圧力Ｐinは、連通路１５１を介して背圧室１５０に導入される。区画部材４２０と区画部材４３３との間には受圧調整部材１４９が配設されている。ここで、本実施形態においても、弁孔１２０の有効径Ａとガイド孔１１８の有効径Ｂとが等しく設定されている。このため、弁体１３０に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。
【００６３】
以上のように構成された制御弁４は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて小口径制御を実行する場合、図１０の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁体１３２が開弁方向に変位し、第１弁４０５が開弁状態となる。つまり、弁体１３２が、図１０に示す全閉状態と図１１に示す全開位置との間の範囲で駆動される。本実施形態では、第１弁４０５の閉弁状態からロータ１７２が５回転すると第１弁４０５が全開状態となり、弁体１３２が弁座１４６から２．５ｍｍリフトする（１回転あたり０．５ｍｍ）。その間、小口径の第１弁４０５の弁開度（弁ストローク）は比例的に変化する。
【００６４】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて大口径制御を実行する場合、図１１に示す第１弁４０５の全開状態からロータ１７２がさらに同方向に回転（正転）される。その結果、弁体１３０が伝達ロッド４３０に引き上げられるようにして開弁方向に駆動される。このとき、弁体１３０は、図１１に示す全閉状態と図１２に示す全開位置との間の範囲で駆動される。本実施形態では、第２弁４０６の閉弁状態（第１弁４０５の全開状態）からロータ１７２が７回転すると第２弁４０６が全開状態となり、弁体１３０が弁座１２２から３．５ｍｍリフトする（１回転あたり０．５ｍｍ）。すなわち、回転ストッパ１８８が上死点位置で係止部１８６に係止される結果、ロータ１７２の回転そのものが停止される。その間、大口径の第２弁４０６の弁開度（弁ストローク）は図示のように比例的に変化する。なお、ロータ１７２が逆方向に回転されると、上述と逆の手順で弁体１３０および弁体１３２が閉弁方向に動作する。ロータ１７２の回転数は制御指令値としての駆動ステップ数に対応するため、制御部は、制御弁４を任意の開度に制御することができる。その結果、導入ポート１１０から導入された冷媒が第１弁４０５および第２弁４０６を経て導出ポート４１２から導出される。
【００６５】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成およびポートの配置が第２実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第２実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１３〜図１５は、第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００６６】
制御弁５は、冷媒循環通路を構成する第１通路、第２通路、第３通路および第４通路の接続点に設けられ、各通路間の冷媒の流れを切り替えるとともにその流量を調整する。本実施形態において、第１通路は上流側通路、第２通路は第１下流側通路、第３通路は共用通路、第４通路は第２下流側通路である。制御弁５は、第１弁５０５、第２弁５０６および第３弁５０７を有し、各弁の開度が設定開度に調整される比例弁である。
【００６７】
図１３に示すように、制御弁５は、弁本体５０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体５０１は、ボディ１０４に第１弁５０５、第２弁５０６および第３弁５０７を同軸状に収容して構成される。ボディ１０４の一方の側部には導入ポート５１０および第２導出ポート５１６が設けられ、他方の側部には第１導出ポート５１２および導入出ポート５１４が設けられている。導入ポート５１０は第１通路に連通し、第１導出ポート５１２は第２通路に連通し、導入出ポート５１４は第３通路に連通し、第２導出ポート５１６は第４通路に連通する。
【００６８】
ボディ１０４の内方には、弁体５３０、共用弁体５３２、弁作動体５３４、伝達ロッド５３６が同軸状に配設されている。本実施形態において、区画部材１２４の軸受部２２６の外周面は滑り軸受として機能するが、内周面には第１実施形態のような雌ねじ部は設けられていない。一方、弁体５３０の上半部の内周面に雌ねじ部が設けられている。弁作動体５３４は、その外周面に雄ねじ部が形成され、弁体５３０の雌ねじ部に螺合している。伝達ロッド５３６は、その上半部が弁体５３０に摺動可能に内挿され、その上端部にて弁作動体５３４に連結されている。
【００６９】
ボディ１０４の上半部には区画部材５１７が配設され、区画部材５１７の下部に弁孔１２０が形成されている。ボディ１０４の下半部には区画部材２３０が配設され、区画部材２３０の下部に弁孔１４４が形成されている。さらに、ボディ１０４の下部には弁孔５４０が設けられ、その上端開口端縁により弁座５４５が形成されている。弁体５３０と区画部材２３０との間には、弁体５３０を閉弁方向に付勢するスプリング５５０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。弁体５３０は、上流側から弁座１２２に着脱して第２弁５０６を開閉する。
【００７０】
共用弁体５３２は、伝達ロッド５３６の下端部に同軸状に固定されている。共用弁体５３２は、段付円柱状の本体を有し、その上端部が弁孔１４４に接離可能に構成され、下端部が弁孔５４０に接離可能に構成されている。共用弁体５３２の上端部には弁孔１４４に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。また、共用弁体５３２の下端部には弁孔５４０に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。
【００７１】
共用弁体５３２の上端部には第１弁部材５４１が嵌着され、下端部には第２弁部材５４２が嵌着されている。第１弁部材５４１は、環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなり、弁座１４６に着脱して第１弁５０５を開閉する。第２弁部材５４２は、環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなり、弁座５４５に着脱して第３弁５０７を開閉する。
【００７２】
以上のように構成された制御弁５は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１冷媒通路を開弁する場合、図１３に示す状態となる。このとき、第３弁５０７が開弁状態となる一方、第１弁５０５および第２弁５０６は閉弁状態となる。その結果、導入ポート５１０から導入された冷媒が第３弁５０７を経て第１導出ポート５１２から導出される。
【００７３】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第２冷媒通路を開弁する場合、図１３の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁作動体５３４が弁体５３０に対して相対的に下方へ変位する。このとき、弁体５３０が弁座１２２に着座して第２弁２０６を閉じ、上方へ変位できない状態となっているため、弁作動体５３４が下方へ変位して共用弁体５３２を押し下げる。共用弁体５３２は、図１３に示す状態から図１４に示すように第１弁５０５の開弁方向（第３弁５０７の閉弁方向）に駆動され、第１弁５０５および第３弁５０７の開度が調整される。このとき、第３弁５０７が閉弁状態にあれば、導入ポート５１０から導入された冷媒が第１弁５０５を経て導入出ポート５１４から導出される。
【００７４】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第３冷媒通路を開弁する場合、図１３の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁作動体５３４が弁体５３０に対して相対的に上方へ変位する。このとき、スプリング５５０の付勢力により共用弁体５３２が引き上げられて第１弁５０５の閉弁状態が維持される。一方、弁作動体５３４が弁体５３０から離間する方向に変位する。弁体５３０は、図１３に示す全閉状態と図１５に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁５０６の開度が調整される。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００７６】
上記実施形態では、モータユニット１０２におけるシャフト１８２のガイド部１８４や回転ストッパ１８８の係合部１９０をいずれもコイル状の部材により螺旋状に形成する例を示した。変形例においては、例えばシャフト１８２のガイド部１８４を雄ねじ部とし、回転ストッパ１８８の係合部１９０を雌ねじ部とするねじ機構としてもよい。すなわち、両者により回転を並進に変換する機構が構成されればよい。
【００７７】
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を搭載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１，２，３，４，５ 制御弁、 １０１ 弁本体、 １０２ モータユニット、 １０４ ボディ、 １０５ 第１弁、 １０６ 第２弁、 １１０ 導入ポート、 １１２ 第１導出ポート、 １１４ 第２導出ポート、 １２０ 弁孔、 １２２ 弁座、 １２６ 軸受部、 １３０，１３２ 弁体、 １３４ 弁作動体、 １４４ 弁孔、 １４６ 弁座、 １４８ 区画部、 １５０ 背圧室、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ、 １７４ 回転軸、 １８２ シャフト、 １８４ ガイド部、 １８８ 回転ストッパ、 １９０ 係合部、 １９２ 動力伝達部、 ２０１ 弁本体、 ２０５ 第１弁、 ２０６ 第２弁、 ２１０ 導入ポート、 ２１２ 導出ポート、 ２１４ 導入出ポート、 ２２６ 軸受部、 ２３２ 弁体、 ２３４ 弁作動体、 ２４８ 区画部、 ２５４ 背圧室、 ３０１ 弁本体、 ３０５ 第１弁、 ３０６ 第２弁、 ３１０ 第１導入ポート、 ３１２ 第２導入ポート、 ３１４ 導出ポート、 ３３２ 弁体、 ３３４ 伝達ロッド、 ３４８ 区画部、 ４０１ 弁本体、 ４０５ 第１弁、 ４０６ 第２弁、 ４１２ 導出ポート、 ４３０ 伝達ロッド、 ５０１ 弁本体、 ５０５ 第１弁、 ５０６ 第２弁、 ５０７ 第３弁、 ５１０ 導入ポート、 ５１２ 第１導出ポート、 ５１４ 導入出ポート、 ５１６ 第２導出ポート、 ５３０ 弁体、 ５３２ 共用弁体、 ５３４ 弁作動体、 ５３６ 伝達ロッド、 ５４０ 弁孔、 ５４５ 弁座。
【技術分野】
【０００１】
本発明はステッピングモータ駆動式の制御弁に関し、特に車両用冷暖房装置に好適な制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関を搭載した車両においてはエンジンの燃焼効率が向上したこともあり、熱源として利用してきた冷却水が暖房に必要な温度にまで上昇し難くなっている。一方、内燃機関と電動機を併用したハイブリッド車両においては内燃機関の稼働率が低いため、そのような冷却水の利用がさらに難しい。電気自動車に至っては内燃機関による熱源そのものがない。このため、冷房のみならず暖房にも冷媒を用いたサイクル運転を行い、車室内を除湿暖房可能なヒートポンプ式の車両用冷暖房装置が提案されている。
【０００３】
このような車両用冷暖房装置は、圧縮機、室外熱交換器、蒸発器、室内熱交換器等を含む冷凍サイクルを有し、暖房運転時と冷房運転時とで室外熱交換器の機能が切り替えられる。暖房運転時においては室外熱交換器が蒸発器として機能する。その際、冷凍サイクルを冷媒が循環する過程で室内熱交換器が放熱し、その熱により車室内の空気が加熱される。一方、冷房運転時においては室外熱交換器が凝縮器として機能する。その際、室外熱交換器にて凝縮された冷媒が蒸発器にて蒸発し、その蒸発潜熱により車室内の空気が冷却される。その際、除湿も行われる。
【０００４】
ところで、このように冷凍サイクルの運転状態によって複数の蒸発器が機能する場合、各蒸発器を流れる冷媒流量の割合を調整する必要がある。複数の凝縮器が機能する場合も同様である。このため、冷媒循環通路の特定位置に弁開度を電気的に調整可能な制御弁を設けることがあるが、一般には比較的低コストで大きな駆動力が得られるソレノイド駆動の電磁弁が用いられることが多い。しかし、特に弁開度の精密な制御が必要となる場合には、住宅用冷暖房装置に多くみられるようにステッピングモータ駆動式の制御弁を用いるのが好ましい（例えば特許文献１，２参照）。ステップ数（駆動パルス数）の設定により弁体の変位量、ひいては弁開度を正確に調整できるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２１５５４号公報
【特許文献２】実開平５−９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、例えば特許文献１に記載の制御弁は、弁の開閉駆動にロータの並進移動を伴うためステッピングモータが大きくなり、車両への設置スペース上の問題が生じる。この点、特許文献２に記載の制御弁は、ロータと弁体とを駆動軸にて接続し、ロータの回転力を駆動軸の並進力に変換して弁体を開閉駆動させる構成を有する。具体的には、ロータの内周面に雌ねじ部を設ける一方、駆動軸の外周面に雄ねじ部を設け、それらのねじ機構により回転運動を並進運動に変換する。このため、モータ全体をコンパクトに構成することが可能となる。しかし、このような構成では、弁体を駆動する際にその弁体から作用する軸線方向の反力がロータに作用するため、ロータをその軸線方向に安定に支持するために高価なベアリングが必要となり、コストが嵩むといった問題が残る。
【０００７】
本発明の目的の一つは、ステッピングモータ駆動式の制御弁をコンパクトに構成できるようにし、かつそれを低コストに実現可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の制御弁は、ステッピングモータ駆動式の制御弁において、上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、導入ポートと導出ポートとを連通する弁孔とを有するボディと、弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、弁体を弁部の開閉方向に駆動するためのロータを含むステッピングモータと、ロータとともに回転し、その軸線周りの回転運動を軸線方向の並進運動に変換することにより弁体を弁部の開閉方向に駆動する弁作動体と、を備える。弁作動体は、ロータに対する回転が規制される一方、ロータに対して軸線方向に並進可能となるようロータに支持されている。
【０００９】
この態様によると、ロータの回転運動を並進運動に変換して弁体を弁部の開閉方向に駆動する弁作動体が設けられるため、ロータの軸線方向への変位をなくし、ステッピングモータをコンパクトに構成することができる。また、弁作動体はロータに対する回転が規制されるが、ロータに対する軸線方向の並進動作は許容される。このため、弁体側から弁作動体に作用する軸線方向の反力がロータに伝わることを抑制できる。その結果、ロータを軸線方向に支持するための高価なベアリングを別途設ける必要がなくなり、制御弁を低コストに製造できるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ステッピングモータ駆動式の制御弁をコンパクトに構成でき、また低コストに実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図３】第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図４】第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図５】第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図６】第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図８】第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図９】第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１１】第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１２】第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１３】第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１４】第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図１５】第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。図１〜図３は、第１実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。なお、本実施形態の制御弁は、例えば電気自動車に搭載されるヒートポンプ式の冷暖房装置への適用を想定したものである。
【００１３】
すなわち、車両用冷暖房装置には、圧縮機、室内凝縮器、室外熱交換器、蒸発器およびアキュムレータ等を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）が設けられ、冷媒が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程でなされる熱交換により車室内の空調が行われる。冷媒循環回路には冷暖房を適切に制御するための各種制御弁が配設されており、制御弁１はその一つを構成する。
【００１４】
制御弁１は、上流側通路から第１下流側通路および第２下流側通路に分岐する分岐点に設けられ、その上流側通路から各下流側通路へ流れる冷媒の流量を調整する。制御弁１は、その開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。制御弁１は、基本的には全開状態、大口径制御状態、小口径制御状態、閉弁状態のいずれかの状態に制御される。なお、大口径制御状態は全開状態には到らないが開度が大きい状態であり、小口径制御状態は閉弁状態には到らないが開度が小さい状態である。制御弁１は、小口径制御により膨張装置としても機能する。
【００１５】
図１に示すように、制御弁１は、ステッピングモータ駆動式の電動弁として構成され、弁本体１０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体１０１は、有底筒状のボディ１０４に小口径の第１弁１０５（「弁部」を構成する）と、大口径の第２弁１０６（「弁部」を構成する）とを同軸状に収容して構成される。
【００１６】
ボディ１０４の一方の側部には導入ポート１１０が設けられ、他方の側部には上下に第１導出ポート１１２、第２導出ポート１１４が設けられている。導入ポート１１０は上流側通路に連通し、第１導出ポート１１２は第１下流側通路に連通し、第２導出ポート１１４は第２下流側通路に連通する。すなわち、ボディ１０４には、導入ポート１１０と第１導出ポート１１２とをつなぐ第１冷媒通路と、導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ第２冷媒通路が形成される。
【００１７】
ボディ１０４の上半部には、円筒状のガイド部材１１６が配設されている。ガイド部材１１６は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。ガイド部材１１６は、その上半部の内周面がガイド孔１１８を形成し、その下端部が弁孔１２０を形成している。また、弁孔１２０の下端開口端縁により弁座１２２が形成されている。ガイド部材１１６における第１導出ポート１１２との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。
【００１８】
ボディ１０４の上端部には、円板状の区画部材１２４が配設されている。区画部材１２４は、弁本体１０１の内部とモータユニット１０２の内部とを区画する。区画部材１２４の中央部には、円ボス状の軸受部１２６が設けられている。軸受部１２６の内周面には雌ねじ部が設けられ、外周面は滑り軸受として機能する。
【００１９】
ボディ１０４の内方には、大径の弁体１３０、小径の弁体１３２、および弁作動体１３４が同軸状に配設されている。弁体１３０が上流側から弁孔１２０に接離して大口径の第２弁１０６の開度を調整することにより、第１冷媒通路を流れる冷媒の流量が調整される。弁体１３０の外周面にはリング状の弾性体（例えばゴム）からなる弁部材１３６が嵌着されており、その弁部材１３６が弁座１２２に着座することにより、第２弁１０６を完全に閉じることが可能になる。
【００２０】
一方、ボディ１０４の下半部には、小円筒状のガイド部材１４０が配設されている。ガイド部材１４０は、第２冷媒通路の中央部に弁体１３０と同軸状に設けられ、その下半部がボディ１０４に圧入されている。ガイド部材１４０は、その上半部の内周面がガイド孔１４２を形成し、その下端部が弁孔１４４を形成している。また、弁孔１４４の上端開口端縁により弁座１４６が形成されている。ガイド部材１４０における導入ポート１１０との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。図示のように、弁孔１２０および弁孔１４４の上流側に導入ポート１１０に連通する共通の高圧室１１５が形成され、弁孔１２０の下流側には第１導出ポート１１２に連通する低圧室１１７が形成され、弁孔１４４の下流側には第２導出ポート１１４に連通する低圧室１１９が形成されている。
【００２１】
弁体１３０は、縮径部を介して区画部１４８が連設されている。区画部１４８は、低圧室１１７に配置されている。そして、区画部１４８の上端部がガイド孔１１８に摺動可能に支持されることにより、弁体１３０の開閉方向への安定した動作が確保されている。区画部１４８と区画部材１２４との間には背圧室１５０が形成される。また、弁体１３０と区画部１４８とを貫通する連通路１５１が形成され、高圧室１１５と背圧室１５０とを連通させている。これにより、背圧室１５０には常に、導入ポート１１０から導入される上流側圧力Ｐinが満たされる。
【００２２】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａとガイド孔１１８の有効径Ｂとが等しく設定されているため（弁体１３０の有効受圧面積と区画部１４８の有効受圧面積とが実質的に等しくされているため）、弁体１３０に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特に、その圧力キャンセルを厳密に実現するために、背圧室１５０における区画部１４８の上方には、第２弁１０６が閉弁状態となるときに区画部１４８に密着してその有効受圧面積を拡大する受圧調整部材１４９が配設されている。受圧調整部材１４９は、リング状をなす弾性体（例えばゴム）からなり、その外周端部がガイド部材１１６と区画部材１２４との間に挟まれるようにして支持されている。
【００２３】
すなわち、弁体１３０の有効受圧面積は、弁孔１２０の有効径Ａに対応するように設定されている。しかし、弁部材１３６が弁座１２２に着座した完全シール状態においては、弾性体の性質により実際の有効受圧径が弁孔１２０の有効径Ａよりもやや大きくなる。これに対応するため、その完全シール時においては、受圧調整部材１４９が区画部１４８の下面に密着するようにすることで、背圧室１５０側の有効受圧径がガイド孔１１８の有効径Ｂよりもやや大きくなるようにする。このようにして弁体１３０の有効受圧面積と区画部１４８の有効受圧面積とを等しくすることにより、完全な圧力キャンセルを実現する。
【００２４】
弁体１３２は、段付円柱状をなし、弁体１３０の内方に同軸状に配設されている。弁体１３２の下半部は、ガイド部材１４０に摺動可能に挿通され、その先端部が弁孔１４４に対向配置されいる。一方、弁体１３２の上半部は、弁体１３０の連通路１５１を貫通し、その上端部が弁作動体１３４に支持されている。弁体１３２は、いわゆるニードル弁体として構成され、その尖った先端部が弁孔１４４に挿抜される。そして、弁体１３２が弁座１４６に着脱することにより第１弁１０５が開閉される。弁体１３２の上端部は弁作動体１３４の底部を貫通し、その先端部が外方に加締められて係止部１５６となっている。
【００２５】
弁作動体１３４は、段付円筒状をなし、その外周部に雄ねじ部が形成されている。雄ねじ部は、軸受部１２６の雌ねじ部に螺合する。弁作動体１３４の上端部には半径方向外向きに延出する複数（本実施形態では４つ）の脚部１５２が設けられており、モータユニット１０２のロータに嵌合している。弁体１３２と区画部１４８との間には、弁体１３２を閉弁方向に付勢するスプリング１５４（「付勢部材」として機能する）が介装されている。通常の状態では図示のように、スプリング１５４によって弁体１３２が下方へ付勢される一方、弁体１３２の係止部１５６が弁作動体１３４の上端部に係止される。このため、弁体１３２は、弁作動体１３４に対して最も下方に位置する状態となる。
【００２６】
弁作動体１３４は、モータユニット１０２の回転駆動力を受けて回転し、その回転力を並進力に変換する。すなわち、弁作動体１３４が回転すると、ねじ機構（「作動変換機構」として機能する）によって弁作動体１３４が軸線方向に変位し、弁体１３２を開閉方向に駆動する。第１弁１０５の開弁時には弁体１３２と弁作動体１３４とが一体に動作する。
【００２７】
一方、モータユニット１０２は、ロータ１７２とステータ１７３とを含むステッピングモータとして構成されている。モータユニット１０２は、有底円筒状のスリーブ１７０の内方にロータ１７２を回転自在に支持するようにして構成されている。スリーブ１７０の外周には、励磁コイル１７１を収容したステータ１７３が設けられている。スリーブ１７０は、その下端開口部がボディ１０４に組み付けられており、ボディ１０４とともに制御弁１のボディを構成する。
【００２８】
ロータ１７２は、円筒状に形成された回転軸１７４と、その回転軸１７４の外周に配設されたマグネット１７６を備える。本実施形態では、マグネット１７６は２４極に磁化されている。回転軸１７４の内方にはモータユニット１０２のほぼ全長にわたる内部空間が形成されている。回転軸１７４の内周面の特定箇所には、軸線に平行に延びるガイド部１７８が設けられている。ガイド部１７８は、後述する回転ストッパと係合するための突部を形成するものであり、軸線に平行に延びる一つの突条により構成されている。
【００２９】
回転軸１７４の下端部はやや縮径され、その内周面に軸線に平行に延びる４つのガイド部１８０が設けられている。ガイド部１８０は、軸線に平行に延びる一対の突条により構成され、回転軸１７４の内周面に９０度おきに設けられている。この４つのガイド部１８０には、上述した弁作動体１３４の４つの脚部１５２が嵌合し、ロータ１７２と弁作動体１３４とが一体に回転できるようになっている。ただし、弁作動体１３４は、ロータ１７２に対する回転方向の相対変位は規制されるものの、そのガイド部１８０にそった軸線方向の変位は許容される。すなわち、弁作動体１３４は、ロータ１７２とともに回転しつつ弁体１３２の開閉方向に駆動される。
【００３０】
ロータ１７２の内方には、その軸線に沿って長尺状のシャフト１８２が配設されている。シャフト１８２は、その上端部がスリーブ１７０の底部中央に圧入されることにより片持ち状に固定され、ガイド部１７８に平行に内部空間に延在している。シャフト１８２は、弁作動体１３４と同一軸線上に配置されている。シャフト１８２には、そのほぼ全長にわたって延在する螺旋状のガイド部１８４が設けられている。ガイド部１８４は、コイル状の部材からなり、シャフト１８２の外面に嵌着されている。ガイド部１８４の上端部は折り返されて係止部１８６となっている。
【００３１】
ガイド部１８４には、螺旋状の回転ストッパ１８８が回転可能に係合している。回転ストッパ１８８は、ガイド部１８４に係合する螺旋状の係合部１９０と、回転軸１７４に支持される動力伝達部１９２とを有する。係合部１９０は一巻きコイルの形状をなし、その下端部に半径方向外向きに延出する動力伝達部１９２が連設されている。動力伝達部１９２の先端部がガイド部１７８に係合している。すなわち、動力伝達部１９２は、ガイド部１７８の一つの突条に当接して係止される。このため、回転ストッパ１８８は、回転軸１７４により回転方向の相対変位は規制されるが、ガイド部１７８に摺動しつつその軸線方向の変位が許容される。
【００３２】
すなわち、回転ストッパ１８８は、ロータ１７２と一体に回転し、その係合部１９０がガイド部１８４にそってガイドされることで、軸線方向に駆動される。ただし、回転ストッパ１８８の軸線方向の駆動範囲はガイド部１７８の両端に形成された係止部により規制される。同図には、回転ストッパ１８８が中間位置にある状態が示されている。回転ストッパ１８８が上方へ変位して係止部１８６に係止されると、その位置が上死点となる。回転ストッパ１８８が下方へ変位すると、その下死点にて係止される。
【００３３】
ロータ１７２は、その上端部がシャフト１８２に回転自在に支持され、下端部が軸受部１２６に回転自在に支持されている。具体的には、回転軸１７４の上端開口部を封止するように有底円筒状の端部部材１９４が設けられ、その端部部材１９４の中央に設けられた円筒軸１９６の部分がシャフト１８２に支持されている。すなわち、軸受部１２６が一端側の軸受部となり、シャフト１８２における円筒軸１９６との摺動部が他端側の軸受部となっている。
【００３４】
以上のように構成された制御弁１は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。以下、その動作について詳細に説明する。
制御弁１の流量制御において、車両用冷暖房装置の図示しない制御部は、設定開度に応じたステッピングモータの駆動ステップ数を演算し、励磁コイル１７１に駆動電流（駆動パルス）を供給する。それによりロータ１７２が回転し、一方で弁作動体１３４が回転駆動されて小口径の第１弁１０５および大口径の第２弁１０６の開度が設定開度に調整され、他方で回転ストッパ１８８がガイド部１８４にそって駆動されることにより、各弁体の動作範囲が規制される。
【００３５】
具体的には、小口径制御を実行する場合、図１の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁体１３２が開弁方向に変位し、図２に示すように第１弁１０５が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって上昇し、係止部１５６を吊り上げるようにして弁体１３２を開弁方向に変位させる。弁体１３２は、図１に示す全閉状態と図２に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第１弁１０５の開度が調整される。
【００３６】
また、大口径制御を実行する場合、図１の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁体１３２が閉弁方向に変位し、図３に示すように第２弁１０６が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４が区画部１４８に当接してこれを押し下げるようにして弁体１３０を開弁方向に変位させる。弁体１３０は、図１に示す全閉状態と図３に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁１０６の開度が調整される。このとき、図示のように、弁体１３２の係止部１５６と弁作動体１３４の底部との係合状態が解除されるため、弁体１３２と弁座１４６との間に過度な押圧力が作用することもない。
【００３７】
ロータ１７２の回転数は制御指令値としての駆動ステップ数に対応するため、図示しない制御部は、制御弁１を任意の開度に制御することができる。本実施形態では、ロータ１７２の１回転あたり、各弁体が０．５ｍｍストロークする。なお、弁体１３２がスプリング１５４により常に閉弁方向に付勢されているため、弁体１３０が弁座１２２から離間した第２弁１０６の開弁状態においては、弁体１３２が弁座１４６に着座した第１弁１０５の閉弁状態が維持されるようになる。
【００３８】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成等が第１実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図４〜図６は、第２実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００３９】
制御弁２は、冷媒循環通路を構成する第１通路と第２通路と第３通路との接続点に設けられ、各通路間の冷媒の流れを切り替えるとともにその流量を調整する。本実施形態において、第１通路は上流側通路、第３通路は下流側通路となるが、第２通路は車両用冷暖房装置の運転状態に応じて上流側通路になりまた下流側通路にもなる共用通路である。制御弁２は、第１弁２０５（「弁部」を構成する）と第２弁２０６（「弁部」を構成する）を有し、一方の閉弁状態において他方の開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。ただし、第１弁２０５と第２弁２０６は、第１実施形態のような大きさの差はなく、基本的には第１弁２０５の制御状態、第２弁２０６の制御状態、閉弁状態のいずれかの状態に制御される。
【００４０】
図４に示すように、制御弁２は、弁本体２０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体２０１は、ボディ１０４に第１弁２０５と第２弁２０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ１０４の一方の側部には導入ポート２１０および導出ポート２１２が設けられ、他方の側部には導入出ポート２１４が設けられている。導入ポート２１０は第１通路に連通し、導入出ポート２１４は第２通路に連通し、導出ポート２１２は第３通路に連通する。ボディ１０４には、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて、導入ポート２１０と導入出ポート２１４とをつなぐ第１冷媒通路、および導入出ポート２１４と導出ポート２１２とをつなぐ第２冷媒通路のいずれか一方が形成される。
【００４１】
ボディ１０４の内方には、弁体１３０、弁体２３２、および弁作動体２３４が同軸状に配設されている。本実施形態において、区画部材１２４の軸受部２２６の外周面は滑り軸受として機能するが、内周面には第１実施形態のような雌ねじ部は設けられていない。一方、区画部２４８の内周面に雌ねじ部が設けられている。弁作動体２３４は、その上半部の外周面に雄ねじ部が形成され、区画部２４８の雌ねじ部に螺合している。弁作動体２３４は、その下半部が弁体１３０の下方に延出し、その先端にて弁体２３２に当接するように接続されている。区画部２４８と区画部材１２４との間には、弁体１３０を開弁方向に付勢するスプリング２５１（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４２】
ボディ１０４の下半部には、段付円筒状の区画部材２３０が配設されている。区画部材２３０は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。区画部材２３０の内周面には軸線に平行な突条２３１が設けられ、弁体１３０の下端外周部に設けられた脚部を回転方向に係止している。すなわち、突条２３１は弁体１３０の回り止めとなっている。区画部材２３０の下部には、半径方向内向きに延出するフランジ部が形成され、そのフランジ部の内周部により弁孔１４４が形成されている。また、弁孔１４４の下端開口端縁により弁座１４６が形成されている。区画部材２３０における導入出ポート２１４との対向面には、内外を連通する連通孔が設けられている。
【００４３】
弁体２３２は、弁孔１４４と導入ポート２１０との間の圧力室２１５に配設され、上流側から弁孔１４４に接離して第１弁２０５の開度を調整する。弁体２３２は、有底円筒状をなし、その上端部の外周面にはリング状の弾性体（例えばゴム）からなる弁部材２５０が嵌着されており、その弁部材２５０が弁座１４６に着座することにより、第１弁２０５を完全に閉じることが可能になる。圧力室２１５には、円ボス状のガイド部２５２が弁孔１４４と同軸状に形成されている。そして、弁体２３２の下端部がシール部材を介してガイド部２５２に摺動可能に内挿されている。弁体２３２とガイド部２５２とに囲まれた空間により背圧室２５４が形成される。弁体２３２とボディ１０４との間には、弁体２３２を閉弁方向に付勢するスプリング２５６（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４４】
弁作動体２３４は、弁体２３２の上底部に当接する。その上底部に導入出ポート２１４と背圧室２５４とを連通させる連通孔２５８が設けられているため、背圧室２５４には導入出ポート２１４から導入または導出される中間圧力Ｐｐが満たされる。ここで、本実施形態においては、弁孔１４４の有効径Ｃとガイド部２５２の有効径Ｄとが等しく設定されているため、弁体２３２に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。また、第１実施形態と同様に弁体１３０に作用する冷媒圧力の影響もキャンセルされる。
【００４５】
以上のように構成された制御弁２は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１冷媒通路を開弁する場合、図４の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁作動体２３４が弁体１３０に対して相対的に下方へ変位する。このとき、弁体１３０が弁座１２２に着座して第２弁２０６を閉じ、上方へ変位できない状態となっているため、弁作動体２３４が下方へ変位して弁体２３２を開弁方向へ押し下げる。弁体２３２は、図４に示す全閉状態と図５に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第１弁２０５の開度が調整される。その結果、導入ポート２１０から導入された冷媒が第１弁２０５を経て導入出ポート２１４から導出される。
【００４６】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第２冷媒通路を開弁する場合、図４の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁作動体２３４が弁体１３０に対して相対的に上方へ変位する。このとき、スプリング２５６の付勢力により弁体２３２が弁座１４６に着座した状態、つまり第１弁２０５の閉弁状態が維持される。一方、弁作動体２３４が弁体１３０から離間する方向に変位するため、スプリング２５６の荷重とバランスするスプリング２５１の荷重が緩和され、スプリング２５１が伸長する。その結果、弁体１３０が下方へ変位する。弁体１３０は、図４に示す全閉状態と図６に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁２０６の開度が調整される。
【００４７】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成等が第１，第２実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第１，第２実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図７〜図９は、第３実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００４８】
制御弁３は、冷媒循環通路を構成する第１上流側通路と第２上流側通路と下流側通路との接続点に設けられ、各通路間の冷媒の流れを切り替えるとともにその流量を調整する。制御弁３は、第１弁３０５と第２弁３０６を有し、一方の閉弁状態において他方の開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。
【００４９】
図７に示すように、制御弁３は、弁本体３０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体３０１は、ボディ１０４に第１弁３０５と第２弁３０６とを同軸状に収容して構成される。ボディ１０４の一方の側部には第１導入ポート３１０および第２導入ポート３１２が設けられ、他方の側部には導出ポート３１４が設けられている。第１導入ポート３１０は第１上流側通路に連通し、第２導入ポート３１２は第２上流側通路に連通し、導出ポート３１４は下流側通路に連通する。ボディ１０４には、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて、第１導入ポート３１０と導出ポート３１４とをつなぐ第１冷媒通路、および第２導入ポート３１２と導出ポート３１４とをつなぐ第２冷媒通路のいずれか一方が形成される。
【００５０】
ボディ１０４には、段付円筒状の区画部材３３０が内挿されている。区画部材３３０は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。そして、区画部材３３０の上半部に弁孔１２０が形成され、下半部に弁孔１４４が形成されている。ボディ１０４の内方には、弁体１３０、弁体３３２、弁作動体１３４および伝達ロッド３３４が同軸状に配設されている。区画部材１２４の軸受部２２６の内周面には、第１実施形態と同様に雌ねじ部が設けられている。弁作動体１３４の下端部には、伝達ロッド３３４が連結されている。伝達ロッド３３４は、段付円柱状をなし、弁体１３０の中央部を軸線方向に貫通している。伝達ロッド３３４の上端部は、弁作動体１３４の底部に固定されている。伝達ロッド３３４の下半部は大径化され、その段部が弁体１３０との相対変位を規制する係止部となっている。
【００５１】
区画部材１２４の内方にはガイド孔１１８が形成されている。弁体１３０に連設された区画部３４８は、その上端部がガイド孔１１８に摺動可能に支持されている。区画部材１２４と区画部３４８とに囲まれた空間により背圧室１５０が形成されている。伝達ロッド３３４と弁体１３０との間に所定のクリアランスが存在するため、弁孔１２０の下流側の下流側圧力Ｐoutがそのクリアランスを介して背圧室１５０に導入される。
【００５２】
区画部材１２４と弁体１３０との間には、弁体１３０を閉弁方向に付勢するスプリング３５１（「付勢部材」として機能する）が介装されている。区画部材１２４と区画部材３３０との間には受圧調整部材３４９が配設されている。受圧調整部材３４９は、第１実施形態の受圧調整部材１４９とは異なり、薄膜状に形成され、区画部３４８に対して下方から当接する。
【００５３】
弁体３３２は、弁孔１４４と第１導入ポート３１０との間の圧力室３１５に配設され、上流側から弁孔１４４に接離して第１弁３０５の開度を調整する。弁体３３２は、第２実施形態の弁体２３２に近似した構造を有する。弁体３３２とガイド部２５２との間には背圧室２５４が形成され、下流側圧力Ｐoutが導入される。区画部材３３０の下端部とボディ１０４との間にも受圧調整部材３４９が配設されている。受圧調整部材３４９は、弁体３３２の下端部に対して上方から当接する。
【００５４】
ここで、本実施形態においても、弁孔１４４の有効径Ｃとガイド部２５２の有効径Ｄとが等しく設定され、また弁孔１２０の有効径Ａとガイド孔１１８の有効径Ｂとが等しく設定されている。このため、弁体１３０および弁体２３２に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。
【００５５】
以上のように構成された制御弁３は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１冷媒通路を開弁する場合、図７の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁体３３２が開弁方向に変位し、図８に示すように第１弁３０５が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって下降し、弁体３３２を押し下げるようにして開弁方向に変位させる。弁体３３２は、図７に示す全閉状態と図８に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第１弁３０５の開度が調整される。その結果、第１導入ポート３１０から導入された冷媒が第１弁３０５を経て導出ポート３１４から導出される。
【００５６】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第２冷媒通路を開弁する場合、図７の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁体３３２が閉弁方向に変位し、図９に示すように第２弁３０６が開弁状態となる。すなわち、ロータ１７２とともに回転する弁作動体１３４がねじ機構によって上昇し、伝達ロッド３３４を吊り上げるようにして弁体１３０を開弁方向に変位させる。弁体１３０は、図７に示す全閉状態と図９に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁３０６の開度が調整される。このとき、伝達ロッド３３４が弁体３３２から離間して弁体３３２を押し下げる方向の力がなくなり、スプリング２５６の付勢力によって弁体３３２が弁座１４６に着座し、第１弁３０５が閉弁状態を維持する。その結果、第２導入ポート３１２から導入された冷媒が第２弁３０６を経て導出ポート３１４から導出される。
【００５７】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成およびポートの数が第１実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第１実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１０〜図１２は、第４実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００５８】
制御弁４は、冷媒循環通路の所定位置に設けられ、上流側通路から下流側通路へ流れる冷媒の流量を調整する。図１０に示すように、制御弁４は、弁本体４０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。制御弁４は、有底筒状のボディ１０４に小口径の第１弁４０５と、大口径の第２弁４０６とを同軸状に収容して構成され、一方の閉弁状態において他方の開度が設定開度に調整される比例弁として構成されている。
【００５９】
ボディ１０４の一方の側部には導入ポート１１０が設けられ、他方の側部には導出ポート４１２が設けられている。導入ポート１１０は上流側通路に連通し、導出ポート４１２は下流側通路に連通する。制御弁４は、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１弁４０５のみ、または第１弁４０５および第２弁４０６の双方を開弁する。
【００６０】
ボディ１０４には、有底円筒状の区画部材４２０と段付円筒状の区画部材４３３とが同軸状に内挿されている。区画部材４２０は、ボディ１０４の下半部に嵌合され、ボディ１０４との間に連通路４２２を形成する。区画部材４２０の底部中央を軸線方向に貫通する段付孔が設けられ、その上端開口部にリング状の弁座形成部材４２４が圧入されている。弁座形成部材４２４の内周部により弁孔１４４が形成され、その上端開口端縁により弁座１４６が形成されている。弁体１３２が弁座１４６に着脱することにより、第１弁４０５が開閉される。連通路４２２は、弁孔１４４と導出ポート４１２とを連通させる。
【００６１】
区画部材４３３は、シール部材を介してボディ１０４に同心状に組み付けられている。そして、区画部材４３３の中央部に弁孔１２０が形成されている。区画部材４３３の下半部にはガイド孔１１８が形成されている。ボディ１０４の内方には、弁体１３０、弁体１３２、弁作動体１３４および伝達ロッド４３０が同軸状に配設されている。区画部材１２４の軸受部２２６の内周面には、第１実施形態と同様に雌ねじ部が設けられている。伝達ロッド４３０は弁体１３２に一体に設けられ、弁体１３０および区画部１４８の内方の連通路１５１を摺動可能に貫通する。伝達ロッド４３０は、その上端部および中央部に半径方向外向きに突出する係止部を有する。伝達ロッド４３０は、弁作動体１３４および弁体１３０のそれぞれと相対変位可能であるが、その上側の係止部が弁作動体１３４の上面に係止されることにより、弁作動体１３４との相対変位が規制される。また、中央の係止部が弁体１３０の上端部に係止されることにより弁体１３０との相対変位が規制される。
【００６２】
弁体１３０は、導入ポート１１０と弁孔１２０との間の圧力室４１５に配設され、上流側から弁孔１２０に接離して第２弁４０６の開度を調整する。弁体１３０と区画部材１２４との間には、弁体１３０を閉弁方向に付勢するスプリング４３１（「付勢部材」として機能する）が介装されている。弁体１３２は、伝達ロッド４３０の下端部に一体に設けられ、背圧室１５０から弁座１４６に着脱する。伝達ロッド４３０と弁作動体１３４との間には、弁体１３２を閉弁方向に付勢するスプリング４３２（「付勢部材」として機能する）が介装されている。区画部１４８と区画部材４２０とに囲まれた空間により背圧室１５０が形成されている。導入ポート１１０を介して導入された上流側圧力Ｐinは、連通路１５１を介して背圧室１５０に導入される。区画部材４２０と区画部材４３３との間には受圧調整部材１４９が配設されている。ここで、本実施形態においても、弁孔１２０の有効径Ａとガイド孔１１８の有効径Ｂとが等しく設定されている。このため、弁体１３０に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。
【００６３】
以上のように構成された制御弁４は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて小口径制御を実行する場合、図１０の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁体１３２が開弁方向に変位し、第１弁４０５が開弁状態となる。つまり、弁体１３２が、図１０に示す全閉状態と図１１に示す全開位置との間の範囲で駆動される。本実施形態では、第１弁４０５の閉弁状態からロータ１７２が５回転すると第１弁４０５が全開状態となり、弁体１３２が弁座１４６から２．５ｍｍリフトする（１回転あたり０．５ｍｍ）。その間、小口径の第１弁４０５の弁開度（弁ストローク）は比例的に変化する。
【００６４】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて大口径制御を実行する場合、図１１に示す第１弁４０５の全開状態からロータ１７２がさらに同方向に回転（正転）される。その結果、弁体１３０が伝達ロッド４３０に引き上げられるようにして開弁方向に駆動される。このとき、弁体１３０は、図１１に示す全閉状態と図１２に示す全開位置との間の範囲で駆動される。本実施形態では、第２弁４０６の閉弁状態（第１弁４０５の全開状態）からロータ１７２が７回転すると第２弁４０６が全開状態となり、弁体１３０が弁座１２２から３．５ｍｍリフトする（１回転あたり０．５ｍｍ）。すなわち、回転ストッパ１８８が上死点位置で係止部１８６に係止される結果、ロータ１７２の回転そのものが停止される。その間、大口径の第２弁４０６の弁開度（弁ストローク）は図示のように比例的に変化する。なお、ロータ１７２が逆方向に回転されると、上述と逆の手順で弁体１３０および弁体１３２が閉弁方向に動作する。ロータ１７２の回転数は制御指令値としての駆動ステップ数に対応するため、制御部は、制御弁４を任意の開度に制御することができる。その結果、導入ポート１１０から導入された冷媒が第１弁４０５および第２弁４０６を経て導出ポート４１２から導出される。
【００６５】
［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態に係る制御弁は、弁機構の構成およびポートの配置が第２実施形態と異なるが、その他の部分に共通の構成を有する。このため、第２実施形態とほぼ同様の構成部分については同一の符号を付す等して適宜その説明を省略する。図１３〜図１５は、第５実施形態に係る制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【００６６】
制御弁５は、冷媒循環通路を構成する第１通路、第２通路、第３通路および第４通路の接続点に設けられ、各通路間の冷媒の流れを切り替えるとともにその流量を調整する。本実施形態において、第１通路は上流側通路、第２通路は第１下流側通路、第３通路は共用通路、第４通路は第２下流側通路である。制御弁５は、第１弁５０５、第２弁５０６および第３弁５０７を有し、各弁の開度が設定開度に調整される比例弁である。
【００６７】
図１３に示すように、制御弁５は、弁本体５０１とモータユニット１０２とを組み付けて構成されている。弁本体５０１は、ボディ１０４に第１弁５０５、第２弁５０６および第３弁５０７を同軸状に収容して構成される。ボディ１０４の一方の側部には導入ポート５１０および第２導出ポート５１６が設けられ、他方の側部には第１導出ポート５１２および導入出ポート５１４が設けられている。導入ポート５１０は第１通路に連通し、第１導出ポート５１２は第２通路に連通し、導入出ポート５１４は第３通路に連通し、第２導出ポート５１６は第４通路に連通する。
【００６８】
ボディ１０４の内方には、弁体５３０、共用弁体５３２、弁作動体５３４、伝達ロッド５３６が同軸状に配設されている。本実施形態において、区画部材１２４の軸受部２２６の外周面は滑り軸受として機能するが、内周面には第１実施形態のような雌ねじ部は設けられていない。一方、弁体５３０の上半部の内周面に雌ねじ部が設けられている。弁作動体５３４は、その外周面に雄ねじ部が形成され、弁体５３０の雌ねじ部に螺合している。伝達ロッド５３６は、その上半部が弁体５３０に摺動可能に内挿され、その上端部にて弁作動体５３４に連結されている。
【００６９】
ボディ１０４の上半部には区画部材５１７が配設され、区画部材５１７の下部に弁孔１２０が形成されている。ボディ１０４の下半部には区画部材２３０が配設され、区画部材２３０の下部に弁孔１４４が形成されている。さらに、ボディ１０４の下部には弁孔５４０が設けられ、その上端開口端縁により弁座５４５が形成されている。弁体５３０と区画部材２３０との間には、弁体５３０を閉弁方向に付勢するスプリング５５０（「付勢部材」として機能する）が介装されている。弁体５３０は、上流側から弁座１２２に着脱して第２弁５０６を開閉する。
【００７０】
共用弁体５３２は、伝達ロッド５３６の下端部に同軸状に固定されている。共用弁体５３２は、段付円柱状の本体を有し、その上端部が弁孔１４４に接離可能に構成され、下端部が弁孔５４０に接離可能に構成されている。共用弁体５３２の上端部には弁孔１４４に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。また、共用弁体５３２の下端部には弁孔５４０に摺動しつつ支持される複数の脚部（同図にはその１つのみ表示）が延設されている。
【００７１】
共用弁体５３２の上端部には第１弁部材５４１が嵌着され、下端部には第２弁部材５４２が嵌着されている。第１弁部材５４１は、環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなり、弁座１４６に着脱して第１弁５０５を開閉する。第２弁部材５４２は、環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなり、弁座５４５に着脱して第３弁５０７を開閉する。
【００７２】
以上のように構成された制御弁５は、モータユニット１０２の駆動制御によってその弁開度を調整可能なステッピングモータ作動式の制御弁として機能する。すなわち、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第１冷媒通路を開弁する場合、図１３に示す状態となる。このとき、第３弁５０７が開弁状態となる一方、第１弁５０５および第２弁５０６は閉弁状態となる。その結果、導入ポート５１０から導入された冷媒が第３弁５０７を経て第１導出ポート５１２から導出される。
【００７３】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第２冷媒通路を開弁する場合、図１３の状態からロータ１７２が一方向に回転駆動（正転）されることにより弁作動体５３４が弁体５３０に対して相対的に下方へ変位する。このとき、弁体５３０が弁座１２２に着座して第２弁２０６を閉じ、上方へ変位できない状態となっているため、弁作動体５３４が下方へ変位して共用弁体５３２を押し下げる。共用弁体５３２は、図１３に示す状態から図１４に示すように第１弁５０５の開弁方向（第３弁５０７の閉弁方向）に駆動され、第１弁５０５および第３弁５０７の開度が調整される。このとき、第３弁５０７が閉弁状態にあれば、導入ポート５１０から導入された冷媒が第１弁５０５を経て導入出ポート５１４から導出される。
【００７４】
また、車両用冷暖房装置の運転状態に応じて第３冷媒通路を開弁する場合、図１３の状態からロータ１７２が他方向に回転駆動（逆転）されることにより弁作動体５３４が弁体５３０に対して相対的に上方へ変位する。このとき、スプリング５５０の付勢力により共用弁体５３２が引き上げられて第１弁５０５の閉弁状態が維持される。一方、弁作動体５３４が弁体５３０から離間する方向に変位する。弁体５３０は、図１３に示す全閉状態と図１５に示す全開位置との間の範囲で駆動され、第２弁５０６の開度が調整される。
【００７５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はその特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【００７６】
上記実施形態では、モータユニット１０２におけるシャフト１８２のガイド部１８４や回転ストッパ１８８の係合部１９０をいずれもコイル状の部材により螺旋状に形成する例を示した。変形例においては、例えばシャフト１８２のガイド部１８４を雄ねじ部とし、回転ストッパ１８８の係合部１９０を雌ねじ部とするねじ機構としてもよい。すなわち、両者により回転を並進に変換する機構が構成されればよい。
【００７７】
上記実施形態では、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車に適用した例を示したが、内燃機関を搭載した自動車や、内燃機関と電動機を搭載したハイブリッド式の自動車に提供することが可能であることは言うまでもない。上記実施形態では、圧縮機として電動圧縮機を採用した例を示したが、エンジンの回転を利用して容量可変を行う可変容量圧縮機を採用することもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１，２，３，４，５ 制御弁、 １０１ 弁本体、 １０２ モータユニット、 １０４ ボディ、 １０５ 第１弁、 １０６ 第２弁、 １１０ 導入ポート、 １１２ 第１導出ポート、 １１４ 第２導出ポート、 １２０ 弁孔、 １２２ 弁座、 １２６ 軸受部、 １３０，１３２ 弁体、 １３４ 弁作動体、 １４４ 弁孔、 １４６ 弁座、 １４８ 区画部、 １５０ 背圧室、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ、 １７４ 回転軸、 １８２ シャフト、 １８４ ガイド部、 １８８ 回転ストッパ、 １９０ 係合部、 １９２ 動力伝達部、 ２０１ 弁本体、 ２０５ 第１弁、 ２０６ 第２弁、 ２１０ 導入ポート、 ２１２ 導出ポート、 ２１４ 導入出ポート、 ２２６ 軸受部、 ２３２ 弁体、 ２３４ 弁作動体、 ２４８ 区画部、 ２５４ 背圧室、 ３０１ 弁本体、 ３０５ 第１弁、 ３０６ 第２弁、 ３１０ 第１導入ポート、 ３１２ 第２導入ポート、 ３１４ 導出ポート、 ３３２ 弁体、 ３３４ 伝達ロッド、 ３４８ 区画部、 ４０１ 弁本体、 ４０５ 第１弁、 ４０６ 第２弁、 ４１２ 導出ポート、 ４３０ 伝達ロッド、 ５０１ 弁本体、 ５０５ 第１弁、 ５０６ 第２弁、 ５０７ 第３弁、 ５１０ 導入ポート、 ５１２ 第１導出ポート、 ５１４ 導入出ポート、 ５１６ 第２導出ポート、 ５３０ 弁体、 ５３２ 共用弁体、 ５３４ 弁作動体、 ５３６ 伝達ロッド、 ５４０ 弁孔、 ５４５ 弁座。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータ駆動式の制御弁において、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとを連通する弁孔とを有するボディと、
前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するためのロータを含むステッピングモータと、
前記ロータとともに回転し、その軸線周りの回転運動を軸線方向の並進運動に変換することにより前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動する弁作動体と、
を備え、
前記弁作動体は、前記ロータに対する回転が規制される一方、前記ロータに対して軸線方向に並進可能となるよう前記ロータに支持されていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記弁体または前記ボディの内周面に設けられた雌ねじ部と、前記弁作動体の外周面に設けられた雄ねじ部との螺合構造により、前記ロータの回転運動を並進運動に変換する作動変換機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記ボディに固定され、前記ロータの軸線方向に延びるシャフトと、
前記シャフトの外周面に軸線方向にそって延設された螺旋状のガイド部と、
前記ガイド部にそって係合する係合部と前記ロータに支持される動力伝達部とを有し、前記ロータの回転とともに前記シャフトの軸線方向に変位し、前記動力伝達部が前記シャフトの一端側および他端側のそれぞれで係止されることにより前記ロータの回転を規制する回転ストッパと、
を備え、
前記ロータがその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、
前記シャフトが前記ロータの内部空間に延設されることにより、前記回転ストッパがその内部空間において変位するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記ボディに設けられた第１の弁孔と、
前記ボディに前記第１の弁孔と同軸状に設けられた第２の弁孔と、
前記第１の弁孔に接離することにより第１の弁部を開閉する第１の弁体と、
前記第２の弁孔に接離することにより第２の弁部を開閉する第２の弁体と、
を備え、
前記第１の弁体と前記第２の弁体とが、前記ステッピングモータを共用のアクチュエータとしてそれぞれ駆動され、
前記第１の弁体および前記第２の弁体の一方の内周面または前記ボディの内周面に設けられた雌ねじ部と、前記弁作動体の外周面に設けられた雄ねじ部との螺合構造により、前記ロータの回転運動を並進運動に変換する作動変換機構が構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
【請求項５】
前記第１の弁体と前記第２の弁体との間に設けられ、両弁体をそれぞれ閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、
前記雌ねじ部が前記ボディに設けられ、
前記ロータの回転に応じて前記弁作動体が軸線方向に変位することにより、前記付勢部材の付勢力が変化するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記第２の弁体を開弁方向に付勢する第１の付勢部材と、
前記第１の弁体を閉弁方向に付勢する第２の付勢部材と、
を備え、
前記雌ねじ部が前記第２の弁体に設けられ、
前記弁作動体が前記第２の弁体を貫通して前記第１の弁体に接続可能に構成され、
前記ロータが一方向に回転すると前記第２の弁体が閉弁方向に変位し、その第２の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが一方向に回転すると、前記弁作動体により前記第１の弁体が開弁方向に駆動されることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【請求項７】
前記第２の弁体を閉弁方向に付勢する第１の付勢部材と、
前記第１の弁体を閉弁方向に付勢する第２の付勢部材と、
を備え、
前記雌ねじ部が前記ボディに設けられ、
前記弁作動体が前記第２の弁体を貫通して前記第１の弁体に接続可能に構成され、
前記ロータが一方向に回転すると、前記弁作動体により前記第１の弁体が開弁方向に駆動され、前記ロータが他方向に回転すると、前記第１の弁体が閉弁方向に変位し、その第１の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが他方向に回転すると、前記第２の弁体が前記弁作動体に引き上げられるようにして前記第２の弁部を開弁させることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【請求項８】
前記ロータが一方向に回転することにより前記第１の弁体が変位して前記第１の弁部が全開状態となったときに前記第２の弁体が前記第１の弁体に係合し、前記ロータが同方向にさらに回転することにより前記第２の弁体が前記第１の弁体に引き上げられるようにして前記第２の弁部を開弁させることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【請求項９】
前記第１の弁孔の前記第２の弁孔とは反対側に同軸状に設けられた第３の弁孔と、
前記第３の弁孔に接離して第３の弁部を開閉可能な第３の弁体と、
前記第１の弁孔と前記第３の弁孔との間に配置され、前記第１の弁体と前記第３の弁体とが一体に設けられた共用弁体と、
前記第２の弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記雌ねじ部が前記第２の弁体に設けられ、
前記弁作動体が前記第２の弁体を貫通して前記共用弁体に接続され、
前記ロータが一方向に回転すると前記第２の弁体が閉弁方向に変位し、その第２の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが一方向に回転すると、前記弁作動体により前記共用弁体が前記第１の弁体の開弁方向かつ前記第３の弁体の閉弁方向に駆動され、
前記ロータが他方向に回転すると前記共用弁体が前記第１の弁体の閉弁方向かつ前記第３の弁体の開弁方向に駆動され、その第１の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが他方向に回転すると、前記弁作動体により前記第２の弁体が開弁方向に駆動されることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【請求項１】
ステッピングモータ駆動式の制御弁において、
上流側から冷媒を導入する導入ポートと、下流側へ冷媒を導出する導出ポートと、前記導入ポートと前記導出ポートとを連通する弁孔とを有するボディと、
前記弁孔に接離して弁部を開閉する弁体と、
前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動するためのロータを含むステッピングモータと、
前記ロータとともに回転し、その軸線周りの回転運動を軸線方向の並進運動に変換することにより前記弁体を前記弁部の開閉方向に駆動する弁作動体と、
を備え、
前記弁作動体は、前記ロータに対する回転が規制される一方、前記ロータに対して軸線方向に並進可能となるよう前記ロータに支持されていることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記弁体または前記ボディの内周面に設けられた雌ねじ部と、前記弁作動体の外周面に設けられた雄ねじ部との螺合構造により、前記ロータの回転運動を並進運動に変換する作動変換機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記ボディに固定され、前記ロータの軸線方向に延びるシャフトと、
前記シャフトの外周面に軸線方向にそって延設された螺旋状のガイド部と、
前記ガイド部にそって係合する係合部と前記ロータに支持される動力伝達部とを有し、前記ロータの回転とともに前記シャフトの軸線方向に変位し、前記動力伝達部が前記シャフトの一端側および他端側のそれぞれで係止されることにより前記ロータの回転を規制する回転ストッパと、
を備え、
前記ロータがその一端側と他端側に軸受部を有する中空形状をなし、
前記シャフトが前記ロータの内部空間に延設されることにより、前記回転ストッパがその内部空間において変位するように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記ボディに設けられた第１の弁孔と、
前記ボディに前記第１の弁孔と同軸状に設けられた第２の弁孔と、
前記第１の弁孔に接離することにより第１の弁部を開閉する第１の弁体と、
前記第２の弁孔に接離することにより第２の弁部を開閉する第２の弁体と、
を備え、
前記第１の弁体と前記第２の弁体とが、前記ステッピングモータを共用のアクチュエータとしてそれぞれ駆動され、
前記第１の弁体および前記第２の弁体の一方の内周面または前記ボディの内周面に設けられた雌ねじ部と、前記弁作動体の外周面に設けられた雄ねじ部との螺合構造により、前記ロータの回転運動を並進運動に変換する作動変換機構が構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の制御弁。
【請求項５】
前記第１の弁体と前記第２の弁体との間に設けられ、両弁体をそれぞれ閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、
前記雌ねじ部が前記ボディに設けられ、
前記ロータの回転に応じて前記弁作動体が軸線方向に変位することにより、前記付勢部材の付勢力が変化するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記第２の弁体を開弁方向に付勢する第１の付勢部材と、
前記第１の弁体を閉弁方向に付勢する第２の付勢部材と、
を備え、
前記雌ねじ部が前記第２の弁体に設けられ、
前記弁作動体が前記第２の弁体を貫通して前記第１の弁体に接続可能に構成され、
前記ロータが一方向に回転すると前記第２の弁体が閉弁方向に変位し、その第２の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが一方向に回転すると、前記弁作動体により前記第１の弁体が開弁方向に駆動されることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【請求項７】
前記第２の弁体を閉弁方向に付勢する第１の付勢部材と、
前記第１の弁体を閉弁方向に付勢する第２の付勢部材と、
を備え、
前記雌ねじ部が前記ボディに設けられ、
前記弁作動体が前記第２の弁体を貫通して前記第１の弁体に接続可能に構成され、
前記ロータが一方向に回転すると、前記弁作動体により前記第１の弁体が開弁方向に駆動され、前記ロータが他方向に回転すると、前記第１の弁体が閉弁方向に変位し、その第１の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが他方向に回転すると、前記第２の弁体が前記弁作動体に引き上げられるようにして前記第２の弁部を開弁させることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【請求項８】
前記ロータが一方向に回転することにより前記第１の弁体が変位して前記第１の弁部が全開状態となったときに前記第２の弁体が前記第１の弁体に係合し、前記ロータが同方向にさらに回転することにより前記第２の弁体が前記第１の弁体に引き上げられるようにして前記第２の弁部を開弁させることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【請求項９】
前記第１の弁孔の前記第２の弁孔とは反対側に同軸状に設けられた第３の弁孔と、
前記第３の弁孔に接離して第３の弁部を開閉可能な第３の弁体と、
前記第１の弁孔と前記第３の弁孔との間に配置され、前記第１の弁体と前記第３の弁体とが一体に設けられた共用弁体と、
前記第２の弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材と、
を備え、
前記雌ねじ部が前記第２の弁体に設けられ、
前記弁作動体が前記第２の弁体を貫通して前記共用弁体に接続され、
前記ロータが一方向に回転すると前記第２の弁体が閉弁方向に変位し、その第２の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが一方向に回転すると、前記弁作動体により前記共用弁体が前記第１の弁体の開弁方向かつ前記第３の弁体の閉弁方向に駆動され、
前記ロータが他方向に回転すると前記共用弁体が前記第１の弁体の閉弁方向かつ前記第３の弁体の開弁方向に駆動され、その第１の弁体の閉弁状態においてさらに前記ロータが他方向に回転すると、前記弁作動体により前記第２の弁体が開弁方向に駆動されることを特徴とする請求項４または５に記載の制御弁。
【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】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１０７７０９（Ｐ２０１２−１０７７０９Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５７４３１（Ｐ２０１０−２５７４３１）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
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