制御弁
【課題】作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制する。
【解決手段】比例弁３４と比例弁３７とを収容する共用のボディ１０４と、各比例弁の開度を電気的に調整する共用のモータユニット１０２と、弁作動体１３４と、比例弁３４を開閉する第１弁体１４１と比例弁３７を開閉する第２弁体１４２とを一体に含み、弁作動体１３４と一体変位可能に作動連結される弁駆動体１３２と、各比例弁の開度の制御状態において弁作動体１３４と弁駆動体１３２とを作動連結し、比例弁３４および比例弁３７の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持可能な作動切替機構と、第１弁体１４１と第２弁体１４２の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造と、を備える。
【解決手段】比例弁３４と比例弁３７とを収容する共用のボディ１０４と、各比例弁の開度を電気的に調整する共用のモータユニット１０２と、弁作動体１３４と、比例弁３４を開閉する第１弁体１４１と比例弁３７を開閉する第２弁体１４２とを一体に含み、弁作動体１３４と一体変位可能に作動連結される弁駆動体１３２と、各比例弁の開度の制御状態において弁作動体１３４と弁駆動体１３２とを作動連結し、比例弁３４および比例弁３７の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持可能な作動切替機構と、第１弁体１４１と第２弁体１４２の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御弁に関し、特に作動流体が流れる複数の流体通路の切り替え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（例えば特許文献１参照）。
【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。そして、このように暖房運転時と冷房運転時とで装置の機能を切り替えるために、冷凍サイクルには複数の冷媒循環通路が設けられ、各冷媒循環通路の冷媒の流れを切り替えるための種々の制御弁が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような車両用冷暖房装置において制御弁が数多く用いられると、当然にコストが嵩み、また設置スペース上の問題も生じる。このため、制御弁のトータルの数や部品コストをできる限り少なくするのが望ましい。一方、そのように制御弁の数やコストを抑えつつも、運転状態に応じた空調性能を良好に確保する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、第１内部通路および第２内部通路が形成され、第１内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第１弁と、第２内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第２弁とを収容する共用のボディと、第１弁と第２弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、第１弁を開閉する第１弁体と第２弁を開閉する第２弁体とを一体に含み、弁作動体と一体変位可能に作動連結されることにより第１弁および第２弁の開閉方向に駆動される弁駆動体と、第１弁または第２弁の開度の制御状態において弁作動体と弁駆動体とを作動連結し、第１弁および第２弁の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持可能な作動切替機構と、弁駆動体とボディとの間に背圧室を形成し、第１内部通路および第２内部通路の一方の作動流体をその背圧室に導入することにより、第１弁体と第２弁体の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造と、を備える。
【０００８】
この態様によると、複数の内部通路の開度をそれぞれ調整するために複数の弁が設けられるところ、その複数の弁が共用のボディに収容されて共用のアクチュエータにより開閉駆動される制御弁（複合弁）として構成される。そして、一方の弁による冷媒の流量制御がなされている状態において、他方の弁を全開させて流量飽和状態とする配置構成を有することで、その他方の弁の状態が一方の弁の流量制御に実質的に影響を及ぼさないようにしている。言い換えれば、このように第１弁と第２弁とがその弁配置によって制御上影響を及ぼさないようにすることで、一つのアクチュエータによる複数の弁の駆動が可能とされている。それにより、弁の数に対してボディやアクチュエータの数を抑えることができる。さらに、第１弁体と第２弁体とを弁駆動体に一体に形成することで、弁構造の簡素化および低コスト化を実現することも可能となる。また、第１弁体と第２弁体の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造を設けたことで、流体圧力によるアクチュエータへの負荷を抑制でき、アクチュエータのコンパクト化や省電力化も可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図４】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図５】第１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を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１００は、圧縮機２、室内凝縮器３、室外熱交換器５、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１００は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。
【００１３】
車両用冷暖房装置１００は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、除湿運転時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１４】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室外熱交換器５→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→室外熱交換器５→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第１冷媒循環通路と第２冷媒循環通路とで逆方向となっている。
【００１５】
具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室外熱交換器５の一方の出入口につながり、他方である第２通路２２が室内凝縮器３の入口につながっている。室外熱交換器５の他方の出入口は、第３通路２３を介して蒸発器７の入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第４通路２４は、その下流側にて第１分岐通路２５と第２分岐通路２６とに分岐しており、それぞれ第３通路２３に接続されている。蒸発器７の出口は第５通路２７（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。また、第１通路２１の中間部においてバイパス通路２８が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００１６】
第１通路２１と第２通路２２との分岐点には第１制御弁４が設けられている。第１分岐通路２５と第２分岐通路２６との分岐点には第２制御弁６が設けられている。さらに、第５通路２７とバイパス通路２８との合流点には第３制御弁９が設けられている。
【００１７】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。
【００１８】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。車室内に導入された空気は、室内凝縮器３を通過する過程で温められる。
【００１９】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外熱交換器５が蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述する比例弁３２）の通過により低温・低圧となった冷媒が、室外熱交換器５を通過する際に蒸発する。
【００２０】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置（後述する比例弁３１や比例弁３３）の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。車室内に導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却され、除湿される。このとき冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２１】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。
【００２２】
第１制御弁４は、共用のボディに比例弁３４（「第４比例弁」に対応する）と比例弁３７（「第７比例弁」に対応する）とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。比例弁３４は大口径の弁であり、第１通路２１の開度を調整する。比例弁３７は大口径の弁であり、第２通路２２の開度を調整する。本実施形態では、第１制御弁４として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。第１制御弁４の具体的構成については後述する。
【００２３】
第２制御弁６は、共用のボディに比例弁３１（「第１比例弁」に対応する）、比例弁３２（「第２比例弁」に対応する）および比例弁３３（「第３比例弁」に対応する）を収容する複合弁として構成されている。比例弁３１と比例弁３２は共用のアクチュエータにて駆動され、比例弁３３はもう１つのアクチュエータにて駆動される。比例弁３１は、第３通路２３における第１分岐通路２５との合流点と第２分岐通路２６との合流点との間に設けられている。
【００２４】
比例弁３１は小口径の弁であり、第３通路２３の開度を調整する。比例弁３２は小口径の弁であり、第１分岐通路２５の開度を調整する。比例弁３３小口径の弁であり、第２分岐通路２６の開度を調整する。これら比例弁３１，比例弁３２および比例弁３３は、膨張装置としても機能する。本実施形態では、第２制御弁６として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００２５】
第３制御弁９は、共用のボディに比例弁３５（「第５比例弁」に対応する）と比例弁３６（「第６比例弁」に対応する）とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。比例弁３５は大口径の弁であり、バイパス通路２８の開度を調整する。比例弁３６は大口径の弁であり、第５通路２７の開度を調整する。本実施形態では、第３制御弁９として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００２６】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１００は、図示しない制御部により制御される。制御部は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて各制御弁の制御量（弁開度や開閉状態）を決定し、その制御量が実現されるようアクチュエータに電流を供給する。本実施例ではアクチュエータとしてステッピングモータを用いるため、制御部は、各制御弁の制御量が実現されるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。このような制御により、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。なお、本実施形態ではこのような制御を実現するために、室内凝縮器３の出口、室外熱交換器５の一方の出入口と他方の出入口、蒸発器７の入口と出口のそれぞれの温度を検出するための複数の温度センサが設置されている。
【００２７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は特殊冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は通常冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は通常暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊暖房運転時の状態を示している。なお、「特殊冷房運転」は、冷房運転において室内凝縮器３を機能させない運転状態である。「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。「特殊暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない運転状態である。なお、図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、特殊冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４が開弁状態とされ、比例弁３７が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１が開弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が閉弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、室外熱交換器５を経て蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【００２９】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７に導入される。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。制御部は、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３１の開度を制御する。
【００３０】
図２（Ｂ）に示すように、通常冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４および比例弁３７がともに開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３３が開弁状態とされ、比例弁３２が閉弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室外熱交換器５を経て蒸発器７に導かれ、他方で室内凝縮器３を経て蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【００３１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が比例弁３３にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入される。制御部は、室内凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。制御部は、また、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３１の開度を制御する。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１が閉弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５および比例弁３６がともに開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３にて凝縮され、一方で室外熱交換器５に導かれ、他方で蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。
【００３３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。室内凝縮器３から導出された冷媒は、一方で比例弁３２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過する際に蒸発される。室外熱交換器５から導出された冷媒は、比例弁３５を経てアキュムレータ８に導入される。また、室内凝縮器３から導出された冷媒は、他方で比例弁３３にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７を通過する際に蒸発される。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。
【００３４】
このとき、制御部は、室外熱交換器５による熱吸収と蒸発器７による除湿とを適正に行うべく、室外熱交換器５における冷媒の蒸発量と蒸発器７における冷媒の蒸発量との比率を適正に調整する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率は、比例弁３２と比例弁３３の弁開度の比率により制御される。制御部は、比例弁３２の開度と比例弁３３の開度を調整することにより室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣとなるように調整するとともに、その開度比率を調整することにより両蒸発器における蒸発量を調整する。その際、制御部は、蒸発器７が凍結することがないよう、蒸発器７の出口側の温度が適正範囲に保たれるように制御する。
【００３５】
また、制御部は、第３制御弁９における比例弁３５および比例弁３６の一方の全開状態を維持したまま他方の開度を調整する。本実施形態では、室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低い場合には比例弁３６を全開状態にして比例弁３５の開度を制御する。一方、蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低い場合には比例弁３５を全開状態にして比例弁３６の開度を制御する。
【００３６】
例えば、前者のように室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低く、室外熱交換器５の出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、比例弁３５の開度を絞ることによりその過熱度が設定値（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。このとき、室外熱交換器５における外部からの熱吸収量は、その比例弁３５の絞り量により調整される。すなわち、比例弁３６を全開状態に維持しつつ比例弁３５の開度を絞ることで、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の出口の圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となり、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整することができる。すなわち、差圧ΔＰが大きくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、差圧ΔＰが小さくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部は、室外熱交換器５の出口側に過熱度に応じて比例弁３５の開度を制御して差圧ΔＰを適正に調整することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、室外熱交換器５の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、室外熱交換器５の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００３７】
逆に、後者のように蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低く、蒸発器７の出口側に過熱度が発生している場合、比例弁３６の開度を絞ることによりその過熱度が設定過熱度（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。すなわち、比例弁３５を全開状態に維持しつつ比例弁３６の開度を絞ることで、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となり、特定暖房運転時における除湿機能を確保することができる。なお、蒸発器７の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、蒸発器７の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００３８】
図２（Ｄ）に示すように、通常暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３３が閉弁状態とされ、比例弁３２が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が開弁状態とされ、比例弁３６が閉弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、室外熱交換器５に導かれる。このとき、蒸発器７には冷媒が供給されないため、蒸発器７は実質的に機能しなくなり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能するようになる。制御部は、室内凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３２の開度を制御する。
【００３９】
図２（Ｅ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３２が閉弁状態とされ、比例弁３３が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路および第２冷媒循環通路が遮断され、第３冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、蒸発器７に導かれる。つまり、冷媒が室外熱交換器５を迂回するため室外熱交換器５が実質的に機能しなくなる。蒸発器７に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を除湿する。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。
【００４０】
次に、本実施形態の制御弁の具体的構成について説明する。
図３〜図５は、第１制御弁４の構成および動作を表す断面図である。図３に示すように、第１制御弁４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に大口径の比例弁３４と大口径の比例弁３７とを同軸状に収容して構成されている。第１制御弁４は、一方の比例弁の全開状態を維持しつつ他方の比例弁の開度が設定開度に調整される複合弁として構成されている。
【００４１】
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は圧縮機２の吐出室に連通し、第１導出ポート１１２は第１通路２１に連通し、第２導出ポート１１４は第２通路２２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内部通路と、導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ第２内部通路が形成される。
【００４２】
ボディ１０４の上半部には、円筒状の区画部材１１６が配設されている。区画部材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。区画部材１１６の下端部は弁孔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。区画部材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。
【００４３】
ボディ１０４の上端部には、段付円筒状の区画部材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の上端部中央には、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。区画部材１２４の内方にはガイド孔１２８が形成され、その下端部にシール部材としてのＯリング１３０が嵌着されている。
【００４４】
ボディ１０４の内方には、弁駆動体１３２、弁作動体１３４、伝達部材１３６が同軸状に配設されている。弁駆動体１３２は段付円筒状をなし、その軸線方向中央の縮径部が弁孔１２０を貫通するように配設されている。縮径部は第１内部通路を横断する。弁駆動体１３２の下端部には共用弁体１３８が設けられ、上端部には区画部１４０が設けられている。すなわち、共用弁体１３８は、弁孔１２０の上流側にて導入ポート１１０に連通する圧力室に配置されている。一方、区画部１４０は、第１内部通路においてモータユニット１０２に近接した位置、つまり弁孔１２０の下流側にて第１導出ポート１１２に連通する圧力室に配置され、区画部材１２４に摺動可能に支持されている。
【００４５】
共用弁体１３８は段付円柱状をなし、その上端部に第１弁体１４１が嵌着され、下端部に第２弁体１４２が嵌着されている。第１弁体１４１および第２弁体１４２は、ともに環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなる。導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ通路には弁孔１４４が設けられ、その上端開口端縁に弁座１４６が形成されている。つまり、共用弁体１３８は、弁孔１２０と弁孔１４４との間に配置されている。第１弁体１４１は、弁座１２２に接離して比例弁３４の開度を調整する。一方、第２弁体１４２は、弁座１４６に接離して比例弁３７の開度を調整する。
【００４６】
共用弁体１３８の下端部には弁孔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。すなわち、弁駆動体１３２は、その下端部の複数の脚部が弁孔１４４に沿って摺動し、上端部の区画部１４０がガイド孔１２８に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。区画部１４０と区画部材１２４との間には背圧室１４８が形成される。また、共用弁体１３８を軸線方向に貫通する連通路１５０が形成されている。この共用弁体１３８における連通路１５０を形成する部分と弁駆動体１３２の縮径部とが管路部を構成し、第２導出ポート１１４と背圧室１４８とを連通させる。このため、背圧室１４８には常に、第２導出ポート１１４から導出される下流側圧力Ｐout2が満たされる。
【００４７】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａと、弁孔１４４の有効径Ｂと、ガイド孔１２８の有効径Ｃ（正確にはＯリング１３０の内径）とが等しく設定されている。このため、共用弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特にＯリング１３０を設けたことにより、区画部１４０の摺動部のシール性が確保されるとともに、その摺動部にゴミなどが挟み込まれることが防止されている。
【００４８】
弁駆動体１３２の区画部１４０の内方には、ばね受け１５２と伝達部材１３６が同軸状に挿通されている。ばね受け１５２は円板状をなし、その中央部を伝達部材１３６が貫通している。区画部１４０の上端開口部とばね受け１５２との間には、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。一方、弁駆動体１３２の縮径部の内方には、円板状のばね受け１５６が挿通されている。共用弁体１３８とばね受け１５６との間には、スプリング１５８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４９】
そして、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが伝達部材１３６を介して作動連結可能に構成されている。すなわち、伝達部材１３６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連結されている。伝達部材１３６の側部には半径方向外向きに突出した係止部１６０が設けられ、その係止部１６０がばね受け１５２に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが上方に一体動作可能となるように構成されている。また、伝達部材１３６の下端がばね受け１５６に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが下方に一体動作可能となるように構成されている。弁駆動体１３２と弁作動体１３４とは、比例弁３４と比例弁３７がともに開弁状態であるときはスプリング１５４，１５８の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが（図４参照）、いずれか一方が閉弁状態になれば軸線方向に相対変位可能となる（図３，図５参照）。
【００５０】
なお、スプリング１５４，１５８は、いずれもその荷重が弁駆動体１３２とＯリング１３０との間の摺動抵抗（弁駆動体１３２の摺動力）よりも大きくなるように設定されている。それにより、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが一体動作しているときにスプリング１５４，１５８が縮むことなく、比例弁３４および比例弁３７の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【００５１】
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１５３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、共用弁体１３８を軸線方向（比例弁３４、比例弁３７の開閉方向）に駆動する。
【００５２】
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とともに第１制御弁４のボディを構成する。
【００５３】
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。
【００５４】
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１５３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共用弁体１３８の開閉方向に駆動される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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が下死点にて係止された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。
【００５８】
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。
【００５９】
以上のように構成された第１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。以下、その動作について詳細に説明する。
第１制御弁４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が回転駆動されて比例弁３４および比例弁３７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。
【００６０】
図３は、比例弁３４が全開状態となり、比例弁３７が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば特殊冷房運転時においてこのような状態をとる。したがって、特殊冷房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室内凝縮器３へ漏洩することが防止される。
【００６１】
図４は、比例弁３４および比例弁３７がともに開弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば通常冷房運転時において状況に応じてこのような状態をとり得る。すなわち、図３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駆動体１３２が比例弁３７の開弁方向に変位し、図４に示すように比例弁３４と比例弁３７がともに開弁した状態となる。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、伝達部材１３６がその係止部１６０にてばね受け１５２に係止された状態で、弁作動体１３４が弁駆動体１３２を吊り上げるようにして変位させる。なお、図４は比例弁３４および比例弁３７がともに全開となった状態を示している。比例弁３７の弁開度は、共用弁体１３８が図３に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。そのように比例弁３７の弁開度が調整される状態においては、比例弁３４の全開状態が維持される。なお、ここでいう「全開状態」とは、弁開度が大きくなって冷媒の流量が飽和状態となることを意味する。
【００６２】
図５は、比例弁３４が閉弁状態となり、比例弁３７が全開状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば暖房運転時においてこのような状態をとる。図４の状態からロータ１７２がさらに同方向に回転駆動されることにより弁駆動体１３２が比例弁３４の閉弁方向に変位し、図５の状態となる。したがって、暖房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室外熱交換器５へ漏洩することが防止される。なお、図５の状態からロータ１７２を逆方向に回転駆動することにより、比例弁３４を開弁させることができることは言うまでもない。比例弁３４の弁開度は、共用弁体１３８が図５に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。
【００６３】
なお、図５には、比例弁３４が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３４の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５６から離間することで弁座１２２に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。同様に、図３には比例弁３７が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３７の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５２から離間することで弁座１４６に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。
【００６４】
このように、比例弁３４と比例弁３７は共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方は全開状態に維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。
【００６５】
［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。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、制御弁の構成が第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明し、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６は、第２実施形態に係る制御弁の構成を表す断面図である。
【００６６】
本変形例の第１制御弁２０４は、弁本体２０１の構成が第１実施形態の弁本体１０１とは異なる。すなわち、ボディ２０５における弁駆動体２３２の配置が、図３に示したボディ１０４における弁駆動体１３２と上下逆となるような構成を有する。背圧室１４８は、ボディ２０５の上端部側（モータユニット１０２側）ではなく、底部側に形成される。
【００６７】
すなわち、ボディ２０５の底部には、円穴状のガイド孔１２８が弁孔１４４と同軸状に形成されている。ボディ２０５の内方には、弁駆動体２３２、弁作動体１３４、伝達部材１３６が同軸状に配設されている。弁駆動体２３２は、その縮径部が弁孔１４４を貫通するように配設され、その上端部に共用弁体１３８が設けられ、下端部に区画部２４０が設けられている。
【００６８】
区画部２４０は、弁孔１４４の下流側にて第２導出ポート１１４に連通する圧力室に配置され、ガイド孔１２８に摺動可能に支持されている。区画部２４０の外周面にシール部材としてのＯリング１３０が嵌着されている。ボディ１０４の底部と区画部２４０との間にスプリング１５８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００６９】
共用弁体１３８の上端部には、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。すなわち、弁駆動体２３２は、その上端部の複数の脚部が弁孔１２０に沿って摺動し、下端部の区画部２４０がガイド孔１２８に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。
【００７０】
また、共用弁体１３８を貫通するように有底円筒状の管路部材２５０が設けられている。管路部材２５０は、その底部の上端面が伝達部材１３６の下端面と当接可能に構成されている。管路部材２５０の内方には、共用弁体１３８を貫通する連通路１５０が形成される。管路部材２５０は、弁駆動体１３２の縮径部とともに管路部を構成し、第１導出ポート１１２と背圧室１４８とを連通させる。このため、背圧室１４８には常に、第１導出ポート１１２から導出される下流側圧力Ｐout1が満たされる。
【００７１】
本変形例においては、弁孔１２０の有効径Ａと、弁孔１４４の有効径Ｂと、ガイド孔１２８の有効径Ｃとが等しく設定されている。このため、共用弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特にＯリング１３０を設けたことにより、区画部２４０の摺動部のシール性が確保されるとともに、その摺動部にゴミなどが挟み込まれることが防止されている。
【００７２】
一方、伝達部材１３６は、弁作動体１３４の底部に挿通されている。伝達部材１３６の係止部１６０は、弁作動体１３４の内方に配置されている。伝達部材１３６は、係止部１６０が弁作動体１３４の底部に係止されることにより、弁作動体１３４に対する下方への相対変位（弁作動体１３４の底面からの突出量）が規制される。弁作動体１３４の上端部と伝達部材１３６の係止部１６０との間には、伝達部材１３６を下方、つまり係止部１６０を弁作動体１３４の底部に当接させる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。
【００７３】
そして、弁作動体１３４と弁駆動体２３２とが伝達部材１３６を介して作動連結可能に構成されている。すなわち、弁作動体１３４が下降して伝達部材１３６が管路部材２５０に係止されることにより、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが下方に一体動作可能となるように構成されている。弁駆動体２３２と弁作動体１３４とは、比例弁３４と比例弁３７がともに開弁状態であるときはスプリング１５４，１５８の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが、いずれか一方が閉弁状態になれば軸線方向に相対変位可能となる。すなわち、図示のように、比例弁３４の閉弁時においては伝達部材１３６が管路部材２５０から離間可能となり、弁作動体１３４と弁駆動体２３２との作動連結が解除される。また、比例弁３７の閉弁時においては、伝達部材１３６が管路部材２５０からの反力によりスプリング１５４を縮めるようになるため、弁作動体１３４と弁駆動体２３２との作動連結が解除される。
【００７４】
なお、スプリング１５４とスプリング１５８との合力が、弁駆動体２３２とＯリング１３０との間の摺動抵抗（弁駆動体２３２の摺動力）よりも大きくなるように設定されている。また、スプリング１５４の荷重がスプリング１５８の荷重よりも相当大きく設定されている。それにより、弁作動体１３４と弁駆動体２３２とが一体動作しているときにスプリング１５４が縮むことなく、比例弁３４および比例弁３７の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【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、ポート１１０を冷媒が導入される共用の導入ポートとし、ポート１１２，１１４を冷媒が導出される個別の導出ポートとする例を示した。変形例においては、ポート１１２，１１４をそれぞれ冷媒が導入される個別の導入ポートとし、ポート１１０を冷媒が導出される共用の導出ポートとしてもよい。すなわち、複合弁を上記実施形態において冷媒の流れを逆方向とする制御弁として構成してもよい。そして、複合弁の出口側ではなく入口側の冷媒を背圧室に導入して背圧キャンセルを行う構成としてもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
上記実施形態では、上記制御弁を電気自動車の冷暖房装置に適用する例を示したが、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の冷暖房装置に適用することが可能であることは言うまでもない。また、上記制御弁を作動流体としての冷媒の流れを制御する電気駆動弁として構成する例を示したが、冷媒以外の作動流体の流れを制御する電気駆動弁として構成することもできる。さらに、上記実施形態では、制御弁のアクチュエータとしてステッピングモータを用いる例を示したが、他の形式のモータあるいはソレノイドをアクチュエータとすることもできる。
【符号の説明】
【００７９】
２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ９ 第３制御弁、 ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ 比例弁、 １００ 車両用冷暖房装置、 １０１ 弁本体、 １０２ モータユニット、 １０４ ボディ、 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、 １２８ ガイド孔、 １３２ 弁駆動体、 １３４ 弁作動体、 １３６ 伝達部材、 １３８ 共用弁体、 １４０ 区画部、 １４１ 第１弁体、 １４２ 第２弁体、 １４４ 弁孔、 １４６ 弁座、 １４８ 背圧室、 １５４，１５８ スプリング、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ、 ２０１ 弁本体、 ２０４ 第１制御弁、 ２０５ ボディ、 ２３２ 弁駆動体、 ２４０ 区画部、 ２５０ 管路部材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御弁に関し、特に作動流体が流れる複数の流体通路の切り替え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（例えば特許文献１参照）。
【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。そして、このように暖房運転時と冷房運転時とで装置の機能を切り替えるために、冷凍サイクルには複数の冷媒循環通路が設けられ、各冷媒循環通路の冷媒の流れを切り替えるための種々の制御弁が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２４０２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このような車両用冷暖房装置において制御弁が数多く用いられると、当然にコストが嵩み、また設置スペース上の問題も生じる。このため、制御弁のトータルの数や部品コストをできる限り少なくするのが望ましい。一方、そのように制御弁の数やコストを抑えつつも、運転状態に応じた空調性能を良好に確保する必要がある。
【０００６】
本発明の目的は、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、第１内部通路および第２内部通路が形成され、第１内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第１弁と、第２内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第２弁とを収容する共用のボディと、第１弁と第２弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、第１弁を開閉する第１弁体と第２弁を開閉する第２弁体とを一体に含み、弁作動体と一体変位可能に作動連結されることにより第１弁および第２弁の開閉方向に駆動される弁駆動体と、第１弁または第２弁の開度の制御状態において弁作動体と弁駆動体とを作動連結し、第１弁および第２弁の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持可能な作動切替機構と、弁駆動体とボディとの間に背圧室を形成し、第１内部通路および第２内部通路の一方の作動流体をその背圧室に導入することにより、第１弁体と第２弁体の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造と、を備える。
【０００８】
この態様によると、複数の内部通路の開度をそれぞれ調整するために複数の弁が設けられるところ、その複数の弁が共用のボディに収容されて共用のアクチュエータにより開閉駆動される制御弁（複合弁）として構成される。そして、一方の弁による冷媒の流量制御がなされている状態において、他方の弁を全開させて流量飽和状態とする配置構成を有することで、その他方の弁の状態が一方の弁の流量制御に実質的に影響を及ぼさないようにしている。言い換えれば、このように第１弁と第２弁とがその弁配置によって制御上影響を及ぼさないようにすることで、一つのアクチュエータによる複数の弁の駆動が可能とされている。それにより、弁の数に対してボディやアクチュエータの数を抑えることができる。さらに、第１弁体と第２弁体とを弁駆動体に一体に形成することで、弁構造の簡素化および低コスト化を実現することも可能となる。また、第１弁体と第２弁体の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造を設けたことで、流体圧力によるアクチュエータへの負荷を抑制でき、アクチュエータのコンパクト化や省電力化も可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、作動流体が流れる複数の流体通路の切り替える制御弁に嵩むコストをトータル的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。
【図２】車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。
【図３】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図４】第１制御弁の構成および動作を表す断面図である。
【図５】第１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を表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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は、第１実施形態に係る車両用冷暖房装置のシステム構成を表す図である。本実施形態は、本発明の車両用冷暖房装置を電気自動車の冷暖房装置として具体化したものである。
【００１２】
車両用冷暖房装置１００は、圧縮機２、室内凝縮器３、室外熱交換器５、蒸発器７およびアキュムレータ８を配管にて接続した冷凍サイクル（冷媒循環回路）を備える。車両用冷暖房装置１００は、冷媒としての代替フロン（ＨＦＯ−１２３４ｙｆ）が冷凍サイクル内を状態変化しながら循環する過程で、その冷媒の熱を利用して車室内の空調を行うヒートポンプ式の冷暖房装置として構成されている。
【００１３】
車両用冷暖房装置１００は、また、冷房運転時と暖房運転時とで複数の冷媒循環通路を切り替えるように運転される。この冷凍サイクルは、室内凝縮器３と室外熱交換器５とが凝縮器として並列に動作可能に構成され、また、蒸発器７と室外熱交換器５とが蒸発器として並列に動作可能に構成されている。すなわち、冷房運転時に冷媒が循環する第１冷媒循環通路、暖房運転時に冷媒が循環する第２冷媒循環通路、除湿運転時に冷媒が循環する第３冷媒循環通路が形成される。
【００１４】
第１冷媒循環通路は、圧縮機２→室外熱交換器５→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第２冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→室外熱交換器５→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。第３冷媒循環通路は、圧縮機２→室内凝縮器３→蒸発器７→アキュムレータ８→圧縮機２のように冷媒が循環する通路である。室外熱交換器５を流れる冷媒の流れは、第１冷媒循環通路と第２冷媒循環通路とで逆方向となっている。
【００１５】
具体的には、圧縮機２の吐出室につながる通路が分岐し、その一方である第１通路２１が室外熱交換器５の一方の出入口につながり、他方である第２通路２２が室内凝縮器３の入口につながっている。室外熱交換器５の他方の出入口は、第３通路２３を介して蒸発器７の入口につながっている。室内凝縮器３の出口につながる第４通路２４は、その下流側にて第１分岐通路２５と第２分岐通路２６とに分岐しており、それぞれ第３通路２３に接続されている。蒸発器７の出口は第５通路２７（戻り通路）を介してアキュムレータ８の入口に接続されている。また、第１通路２１の中間部においてバイパス通路２８が分岐し、アキュムレータ８ひいては圧縮機２につながっている。
【００１６】
第１通路２１と第２通路２２との分岐点には第１制御弁４が設けられている。第１分岐通路２５と第２分岐通路２６との分岐点には第２制御弁６が設けられている。さらに、第５通路２７とバイパス通路２８との合流点には第３制御弁９が設けられている。
【００１７】
圧縮機２は、ハウジング内にモータと圧縮機構を収容する電動圧縮機として構成され、図示しないバッテリからの供給電流により駆動され、モータの回転数に応じて冷媒の吐出容量が変化する。
【００１８】
室内凝縮器３は、車室内に設けられ、室外熱交換器５とは別に冷媒を放熱させる補助凝縮器として機能する。すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧の冷媒が室内凝縮器３を通過する際に放熱する。車室内に導入された空気は、室内凝縮器３を通過する過程で温められる。
【００１９】
室外熱交換器５は、車室外に配置され、冷房運転時に内部を通過する冷媒を放熱させる室外凝縮器として機能する一方、暖房運転時には内部を通過する冷媒を蒸発させる室外蒸発器として機能する。室外熱交換器５が蒸発器として機能する際には、膨張装置（後述する比例弁３２）の通過により低温・低圧となった冷媒が、室外熱交換器５を通過する際に蒸発する。
【００２０】
蒸発器７は、車室内に配置され、内部を通過する冷媒を蒸発させる室内蒸発器として機能する。すなわち、膨張装置（後述する比例弁３１や比例弁３３）の通過により低温・低圧となった冷媒は、蒸発器７を通過する際に蒸発する。車室内に導入された空気は、その蒸発潜熱によって冷却され、除湿される。このとき冷却・除湿された空気は、室内凝縮器３の通過過程で加熱される。
【００２１】
アキュムレータ８は、蒸発器から送出された冷媒を気液分離して溜めておく装置であり、液相部と気相部とを有する。このため、仮に蒸発器７から想定以上の液冷媒が導出されたとしても、その液冷媒を液相部に溜めおくことができ、気相部の冷媒を圧縮機２に導出することができる。
【００２２】
第１制御弁４は、共用のボディに比例弁３４（「第４比例弁」に対応する）と比例弁３７（「第７比例弁」に対応する）とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。比例弁３４は大口径の弁であり、第１通路２１の開度を調整する。比例弁３７は大口径の弁であり、第２通路２２の開度を調整する。本実施形態では、第１制御弁４として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。第１制御弁４の具体的構成については後述する。
【００２３】
第２制御弁６は、共用のボディに比例弁３１（「第１比例弁」に対応する）、比例弁３２（「第２比例弁」に対応する）および比例弁３３（「第３比例弁」に対応する）を収容する複合弁として構成されている。比例弁３１と比例弁３２は共用のアクチュエータにて駆動され、比例弁３３はもう１つのアクチュエータにて駆動される。比例弁３１は、第３通路２３における第１分岐通路２５との合流点と第２分岐通路２６との合流点との間に設けられている。
【００２４】
比例弁３１は小口径の弁であり、第３通路２３の開度を調整する。比例弁３２は小口径の弁であり、第１分岐通路２５の開度を調整する。比例弁３３小口径の弁であり、第２分岐通路２６の開度を調整する。これら比例弁３１，比例弁３２および比例弁３３は、膨張装置としても機能する。本実施形態では、第２制御弁６として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００２５】
第３制御弁９は、共用のボディに比例弁３５（「第５比例弁」に対応する）と比例弁３６（「第６比例弁」に対応する）とを収容し、それらを１つのアクチュエータにて駆動する複合弁として構成されている。比例弁３５は大口径の弁であり、バイパス通路２８の開度を調整する。比例弁３６は大口径の弁であり、第５通路２７の開度を調整する。本実施形態では、第３制御弁９として、ステッピングモータの駆動により各弁の開度を調整可能な電動弁が用いられるが、ソレノイドへの通電によって各弁の開度を調整可能な電磁弁を用いるようにしてもよい。
【００２６】
以上のように構成された車両用冷暖房装置１００は、図示しない制御部により制御される。制御部は、車両の乗員によりセットされた室温を実現するために各アクチュエータの制御量を演算し、各アクチュエータの駆動回路に制御信号を出力する。制御部は、車室内外の温度、蒸発器７の吹き出し空気温度等、各種センサにて検出された所定の外部情報に基づいて各制御弁の制御量（弁開度や開閉状態）を決定し、その制御量が実現されるようアクチュエータに電流を供給する。本実施例ではアクチュエータとしてステッピングモータを用いるため、制御部は、各制御弁の制御量が実現されるようステッピングモータに制御パルス信号を出力する。このような制御により、圧縮機２は、その吸入室を介して吸入圧力Ｐｓの冷媒を導入し、これを圧縮して吐出圧力Ｐｄの冷媒として吐出する。なお、本実施形態ではこのような制御を実現するために、室内凝縮器３の出口、室外熱交換器５の一方の出入口と他方の出入口、蒸発器７の入口と出口のそれぞれの温度を検出するための複数の温度センサが設置されている。
【００２７】
次に、本実施形態の冷凍サイクルの動作について説明する。図２は、車両用冷暖房装置の動作を表す説明図である。（Ａ）は特殊冷房運転時の状態を示し、（Ｂ）は通常冷房運転時の状態を示し、（Ｃ）は特定暖房運転時の状態を示し、（Ｄ）は通常暖房運転時の状態を示し、（Ｅ）は特殊暖房運転時の状態を示している。なお、「特殊冷房運転」は、冷房運転において室内凝縮器３を機能させない運転状態である。「特定暖房運転」は、暖房運転において特に除湿の機能を高めた運転状態である。「特殊暖房運転」は、室外熱交換器５を機能させない運転状態である。なお、図中の太線および矢印が冷媒の流れを示し、「×」は冷媒の流れが遮断されていることを示している。
【００２８】
図２（Ａ）に示すように、特殊冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４が開弁状態とされ、比例弁３７が閉弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１が開弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が閉弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、室外熱交換器５を経て蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【００２９】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７に導入される。蒸発器７の入口に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。制御部は、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３１の開度を制御する。
【００３０】
図２（Ｂ）に示すように、通常冷房運転時においては、第１制御弁４において比例弁３４および比例弁３７がともに開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３３が開弁状態とされ、比例弁３２が閉弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放され、第２冷媒循環通路は遮断される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、一方で室外熱交換器５を経て蒸発器７に導かれ、他方で室内凝縮器３を経て蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外凝縮器として機能する。
【００３１】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、一方で室内凝縮器３を、他方で室外熱交換器５を経ることで凝縮される。そして、室内凝縮器３を経由した冷媒が比例弁３３にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。また、室外熱交換器５を経由した冷媒が比例弁３１にて断熱膨張され、冷温・低圧の気液二相冷媒となって蒸発器７に導入される。そして、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を冷却する。このとき、蒸発器７から導出された冷媒は、アキュムレータ８を経て圧縮機２に導入される。制御部は、室内凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３３の開度を制御する。制御部は、また、室外熱交換器５の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３１の開度を制御する。
【００３２】
図２（Ｃ）に示すように、特定暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１が閉弁状態とされ、比例弁３２および比例弁３３が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５および比例弁３６がともに開弁状態とされる。それにより第１冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が開放される。このため、圧縮機２から吐出された冷媒は、室内凝縮器３にて凝縮され、一方で室外熱交換器５に導かれ、他方で蒸発器７に導かれる。このとき、室外熱交換器５は室外蒸発器として機能する。
【００３３】
すなわち、圧縮機２から吐出された高温・高圧のガス冷媒は、室内凝縮器３を経て凝縮される。室内凝縮器３から導出された冷媒は、一方で比例弁３２にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、室外熱交換器５を通過する際に蒸発される。室外熱交換器５から導出された冷媒は、比例弁３５を経てアキュムレータ８に導入される。また、室内凝縮器３から導出された冷媒は、他方で比例弁３３にて断熱膨張されて冷温・低圧の気液二相冷媒となり、蒸発器７を通過する際に蒸発される。蒸発器７から導出された冷媒は、比例弁３６を経てアキュムレータ８に導入される。
【００３４】
このとき、制御部は、室外熱交換器５による熱吸収と蒸発器７による除湿とを適正に行うべく、室外熱交換器５における冷媒の蒸発量と蒸発器７における冷媒の蒸発量との比率を適正に調整する。このとき、室外熱交換器５および蒸発器７の両蒸発器にて蒸発される比率は、比例弁３２と比例弁３３の弁開度の比率により制御される。制御部は、比例弁３２の開度と比例弁３３の開度を調整することにより室内凝縮器３の出口側の過冷却度が設定値ＳＣとなるように調整するとともに、その開度比率を調整することにより両蒸発器における蒸発量を調整する。その際、制御部は、蒸発器７が凍結することがないよう、蒸発器７の出口側の温度が適正範囲に保たれるように制御する。
【００３５】
また、制御部は、第３制御弁９における比例弁３５および比例弁３６の一方の全開状態を維持したまま他方の開度を調整する。本実施形態では、室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低い場合には比例弁３６を全開状態にして比例弁３５の開度を制御する。一方、蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低い場合には比例弁３５を全開状態にして比例弁３６の開度を制御する。
【００３６】
例えば、前者のように室外熱交換器５よりも蒸発器７の温度が低く、室外熱交換器５の出口側に過熱度（スーパーヒート）が発生している場合、比例弁３５の開度を絞ることによりその過熱度が設定値（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。このとき、室外熱交換器５における外部からの熱吸収量は、その比例弁３５の絞り量により調整される。すなわち、比例弁３６を全開状態に維持しつつ比例弁３５の開度を絞ることで、室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏと蒸発器７の出口の圧力Ｐｅとの差圧ΔＰ＝Ｐｏ−Ｐｅが適正となり、循環する冷媒を室外熱交換器５と蒸発器７とで蒸発させる比率を調整することができる。すなわち、差圧ΔＰが大きくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に小さくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に大きくなる）。逆に、差圧ΔＰが小さくなると、室外熱交換器５における蒸発量が相対的に大きくなる（蒸発器７における蒸発量が相対的に小さくなる）。制御部は、室外熱交換器５の出口側に過熱度に応じて比例弁３５の開度を制御して差圧ΔＰを適正に調整することで、特定暖房運転時における除湿機能を確保する。なお、室外熱交換器５の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、室外熱交換器５の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００３７】
逆に、後者のように蒸発器７よりも室外熱交換器５の温度が低く、蒸発器７の出口側に過熱度が発生している場合、比例弁３６の開度を絞ることによりその過熱度が設定過熱度（ゼロまたは小さな適正値）に近づくように制御する。すなわち、比例弁３５を全開状態に維持しつつ比例弁３６の開度を絞ることで、蒸発器７の出口の圧力Ｐｅと室外熱交換器５の蒸発圧力Ｐｏとの差圧ΔＰ＝Ｐｅ−Ｐｏが適正となり、特定暖房運転時における除湿機能を確保することができる。なお、蒸発器７の出口側の過熱度の有無およびその大きさは、蒸発器７の入口側の温度と出口側の温度を検出することで特定することができる。
【００３８】
図２（Ｄ）に示すように、通常暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３３が閉弁状態とされ、比例弁３２が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が開弁状態とされ、比例弁３６が閉弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路および第３冷媒循環通路が遮断され、第２冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、室外熱交換器５に導かれる。このとき、蒸発器７には冷媒が供給されないため、蒸発器７は実質的に機能しなくなり、室外熱交換器５のみが蒸発器として機能するようになる。制御部は、室内凝縮器３の出口側の温度に基づき、その出口側の過冷却度が適正となるよう比例弁３２の開度を制御する。
【００３９】
図２（Ｅ）に示すように、特殊暖房運転時においては、第１制御弁４の比例弁３４が閉弁状態とされ、比例弁３７が開弁状態とされる。また、第２制御弁６において比例弁３１および比例弁３２が閉弁状態とされ、比例弁３３が開弁状態とされる。さらに、第３制御弁９において比例弁３５が閉弁状態とされ、比例弁３６が開弁状態とされる。それにより、第１冷媒循環通路および第２冷媒循環通路が遮断され、第３冷媒循環通路が開放される。このため、室内凝縮器３から導出された冷媒は、蒸発器７に導かれる。つまり、冷媒が室外熱交換器５を迂回するため室外熱交換器５が実質的に機能しなくなる。蒸発器７に導入された冷媒は、その蒸発器７を通過する過程で蒸発し、車室内の空気を除湿する。このような特殊冷暖房運転は、外部からの吸熱が困難な場合、例えば車両が極寒状況におかれた場合などに有効に機能する。
【００４０】
次に、本実施形態の制御弁の具体的構成について説明する。
図３〜図５は、第１制御弁４の構成および動作を表す断面図である。図３に示すように、第１制御弁４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に大口径の比例弁３４と大口径の比例弁３７とを同軸状に収容して構成されている。第１制御弁４は、一方の比例弁の全開状態を維持しつつ他方の比例弁の開度が設定開度に調整される複合弁として構成されている。
【００４１】
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は圧縮機２の吐出室に連通し、第１導出ポート１１２は第１通路２１に連通し、第２導出ポート１１４は第２通路２２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内部通路と、導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ第２内部通路が形成される。
【００４２】
ボディ１０４の上半部には、円筒状の区画部材１１６が配設されている。区画部材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。区画部材１１６の下端部は弁孔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。区画部材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。
【００４３】
ボディ１０４の上端部には、段付円筒状の区画部材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の上端部中央には、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。区画部材１２４の内方にはガイド孔１２８が形成され、その下端部にシール部材としてのＯリング１３０が嵌着されている。
【００４４】
ボディ１０４の内方には、弁駆動体１３２、弁作動体１３４、伝達部材１３６が同軸状に配設されている。弁駆動体１３２は段付円筒状をなし、その軸線方向中央の縮径部が弁孔１２０を貫通するように配設されている。縮径部は第１内部通路を横断する。弁駆動体１３２の下端部には共用弁体１３８が設けられ、上端部には区画部１４０が設けられている。すなわち、共用弁体１３８は、弁孔１２０の上流側にて導入ポート１１０に連通する圧力室に配置されている。一方、区画部１４０は、第１内部通路においてモータユニット１０２に近接した位置、つまり弁孔１２０の下流側にて第１導出ポート１１２に連通する圧力室に配置され、区画部材１２４に摺動可能に支持されている。
【００４５】
共用弁体１３８は段付円柱状をなし、その上端部に第１弁体１４１が嵌着され、下端部に第２弁体１４２が嵌着されている。第１弁体１４１および第２弁体１４２は、ともに環状の弾性体（本実施形態ではゴム）からなる。導入ポート１１０と第２導出ポート１１４とをつなぐ通路には弁孔１４４が設けられ、その上端開口端縁に弁座１４６が形成されている。つまり、共用弁体１３８は、弁孔１２０と弁孔１４４との間に配置されている。第１弁体１４１は、弁座１２２に接離して比例弁３４の開度を調整する。一方、第２弁体１４２は、弁座１４６に接離して比例弁３７の開度を調整する。
【００４６】
共用弁体１３８の下端部には弁孔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。すなわち、弁駆動体１３２は、その下端部の複数の脚部が弁孔１４４に沿って摺動し、上端部の区画部１４０がガイド孔１２８に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。区画部１４０と区画部材１２４との間には背圧室１４８が形成される。また、共用弁体１３８を軸線方向に貫通する連通路１５０が形成されている。この共用弁体１３８における連通路１５０を形成する部分と弁駆動体１３２の縮径部とが管路部を構成し、第２導出ポート１１４と背圧室１４８とを連通させる。このため、背圧室１４８には常に、第２導出ポート１１４から導出される下流側圧力Ｐout2が満たされる。
【００４７】
本実施形態においては、弁孔１２０の有効径Ａと、弁孔１４４の有効径Ｂと、ガイド孔１２８の有効径Ｃ（正確にはＯリング１３０の内径）とが等しく設定されている。このため、共用弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特にＯリング１３０を設けたことにより、区画部１４０の摺動部のシール性が確保されるとともに、その摺動部にゴミなどが挟み込まれることが防止されている。
【００４８】
弁駆動体１３２の区画部１４０の内方には、ばね受け１５２と伝達部材１３６が同軸状に挿通されている。ばね受け１５２は円板状をなし、その中央部を伝達部材１３６が貫通している。区画部１４０の上端開口部とばね受け１５２との間には、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。一方、弁駆動体１３２の縮径部の内方には、円板状のばね受け１５６が挿通されている。共用弁体１３８とばね受け１５６との間には、スプリング１５８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００４９】
そして、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが伝達部材１３６を介して作動連結可能に構成されている。すなわち、伝達部材１３６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連結されている。伝達部材１３６の側部には半径方向外向きに突出した係止部１６０が設けられ、その係止部１６０がばね受け１５２に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが上方に一体動作可能となるように構成されている。また、伝達部材１３６の下端がばね受け１５６に係止されることで、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが下方に一体動作可能となるように構成されている。弁駆動体１３２と弁作動体１３４とは、比例弁３４と比例弁３７がともに開弁状態であるときはスプリング１５４，１５８の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが（図４参照）、いずれか一方が閉弁状態になれば軸線方向に相対変位可能となる（図３，図５参照）。
【００５０】
なお、スプリング１５４，１５８は、いずれもその荷重が弁駆動体１３２とＯリング１３０との間の摺動抵抗（弁駆動体１３２の摺動力）よりも大きくなるように設定されている。それにより、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが一体動作しているときにスプリング１５４，１５８が縮むことなく、比例弁３４および比例弁３７の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【００５１】
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１５３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、共用弁体１３８を軸線方向（比例弁３４、比例弁３７の開閉方向）に駆動する。
【００５２】
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とともに第１制御弁４のボディを構成する。
【００５３】
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。
【００５４】
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１５３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共用弁体１３８の開閉方向に駆動される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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が下死点にて係止された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。
【００５８】
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。
【００５９】
以上のように構成された第１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。以下、その動作について詳細に説明する。
第１制御弁４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が回転駆動されて比例弁３４および比例弁３７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。
【００６０】
図３は、比例弁３４が全開状態となり、比例弁３７が閉弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば特殊冷房運転時においてこのような状態をとる。したがって、特殊冷房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室内凝縮器３へ漏洩することが防止される。
【００６１】
図４は、比例弁３４および比例弁３７がともに開弁状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば通常冷房運転時において状況に応じてこのような状態をとり得る。すなわち、図３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駆動体１３２が比例弁３７の開弁方向に変位し、図４に示すように比例弁３４と比例弁３７がともに開弁した状態となる。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、伝達部材１３６がその係止部１６０にてばね受け１５２に係止された状態で、弁作動体１３４が弁駆動体１３２を吊り上げるようにして変位させる。なお、図４は比例弁３４および比例弁３７がともに全開となった状態を示している。比例弁３７の弁開度は、共用弁体１３８が図３に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。そのように比例弁３７の弁開度が調整される状態においては、比例弁３４の全開状態が維持される。なお、ここでいう「全開状態」とは、弁開度が大きくなって冷媒の流量が飽和状態となることを意味する。
【００６２】
図５は、比例弁３４が閉弁状態となり、比例弁３７が全開状態となる場合を示している。第１制御弁４は、例えば暖房運転時においてこのような状態をとる。図４の状態からロータ１７２がさらに同方向に回転駆動されることにより弁駆動体１３２が比例弁３４の閉弁方向に変位し、図５の状態となる。したがって、暖房運転時においては、圧縮機２から吐出された高温のガス冷媒が室外熱交換器５へ漏洩することが防止される。なお、図５の状態からロータ１７２を逆方向に回転駆動することにより、比例弁３４を開弁させることができることは言うまでもない。比例弁３４の弁開度は、共用弁体１３８が図５に示す位置と図４に示す位置との間の範囲で駆動されることで調整される。
【００６３】
なお、図５には、比例弁３４が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３４の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５６から離間することで弁座１２２に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。同様に、図３には比例弁３７が閉弁した後にロータ１７２が所定量回転した状態が示されている。すなわち、比例弁３７の閉弁と同時にロータ１７２が停止しなくとも、図示のように伝達部材１３６がばね受け１５２から離間することで弁座１４６に過度な面圧がかかるのを防止する遊び機構が設けられている。
【００６４】
このように、比例弁３４と比例弁３７は共用のモータユニット１０２により駆動され、一方の開度の制御状態において他方は全開状態に維持される。それにより、複合弁でありながら、その一方の比例弁の開度を正確に制御することが可能となっている。
【００６５】
［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。本実施形態に係る車両用冷暖房装置は、制御弁の構成が第１実施形態と異なる。以下、第１実施形態との相違点を中心に説明し、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６は、第２実施形態に係る制御弁の構成を表す断面図である。
【００６６】
本変形例の第１制御弁２０４は、弁本体２０１の構成が第１実施形態の弁本体１０１とは異なる。すなわち、ボディ２０５における弁駆動体２３２の配置が、図３に示したボディ１０４における弁駆動体１３２と上下逆となるような構成を有する。背圧室１４８は、ボディ２０５の上端部側（モータユニット１０２側）ではなく、底部側に形成される。
【００６７】
すなわち、ボディ２０５の底部には、円穴状のガイド孔１２８が弁孔１４４と同軸状に形成されている。ボディ２０５の内方には、弁駆動体２３２、弁作動体１３４、伝達部材１３６が同軸状に配設されている。弁駆動体２３２は、その縮径部が弁孔１４４を貫通するように配設され、その上端部に共用弁体１３８が設けられ、下端部に区画部２４０が設けられている。
【００６８】
区画部２４０は、弁孔１４４の下流側にて第２導出ポート１１４に連通する圧力室に配置され、ガイド孔１２８に摺動可能に支持されている。区画部２４０の外周面にシール部材としてのＯリング１３０が嵌着されている。ボディ１０４の底部と区画部２４０との間にスプリング１５８（「付勢部材」として機能する）が介装されている。
【００６９】
共用弁体１３８の上端部には、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。すなわち、弁駆動体２３２は、その上端部の複数の脚部が弁孔１２０に沿って摺動し、下端部の区画部２４０がガイド孔１２８に沿って摺動することにより、軸線方向に安定に動作することができる。
【００７０】
また、共用弁体１３８を貫通するように有底円筒状の管路部材２５０が設けられている。管路部材２５０は、その底部の上端面が伝達部材１３６の下端面と当接可能に構成されている。管路部材２５０の内方には、共用弁体１３８を貫通する連通路１５０が形成される。管路部材２５０は、弁駆動体１３２の縮径部とともに管路部を構成し、第１導出ポート１１２と背圧室１４８とを連通させる。このため、背圧室１４８には常に、第１導出ポート１１２から導出される下流側圧力Ｐout1が満たされる。
【００７１】
本変形例においては、弁孔１２０の有効径Ａと、弁孔１４４の有効径Ｂと、ガイド孔１２８の有効径Ｃとが等しく設定されている。このため、共用弁体１３８に作用する冷媒圧力の影響はキャンセルされる。特にＯリング１３０を設けたことにより、区画部２４０の摺動部のシール性が確保されるとともに、その摺動部にゴミなどが挟み込まれることが防止されている。
【００７２】
一方、伝達部材１３６は、弁作動体１３４の底部に挿通されている。伝達部材１３６の係止部１６０は、弁作動体１３４の内方に配置されている。伝達部材１３６は、係止部１６０が弁作動体１３４の底部に係止されることにより、弁作動体１３４に対する下方への相対変位（弁作動体１３４の底面からの突出量）が規制される。弁作動体１３４の上端部と伝達部材１３６の係止部１６０との間には、伝達部材１３６を下方、つまり係止部１６０を弁作動体１３４の底部に当接させる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。
【００７３】
そして、弁作動体１３４と弁駆動体２３２とが伝達部材１３６を介して作動連結可能に構成されている。すなわち、弁作動体１３４が下降して伝達部材１３６が管路部材２５０に係止されることにより、弁作動体１３４と弁駆動体１３２とが下方に一体動作可能となるように構成されている。弁駆動体２３２と弁作動体１３４とは、比例弁３４と比例弁３７がともに開弁状態であるときはスプリング１５４，１５８の付勢力により突っ張った状態で一体変位するが、いずれか一方が閉弁状態になれば軸線方向に相対変位可能となる。すなわち、図示のように、比例弁３４の閉弁時においては伝達部材１３６が管路部材２５０から離間可能となり、弁作動体１３４と弁駆動体２３２との作動連結が解除される。また、比例弁３７の閉弁時においては、伝達部材１３６が管路部材２５０からの反力によりスプリング１５４を縮めるようになるため、弁作動体１３４と弁駆動体２３２との作動連結が解除される。
【００７４】
なお、スプリング１５４とスプリング１５８との合力が、弁駆動体２３２とＯリング１３０との間の摺動抵抗（弁駆動体２３２の摺動力）よりも大きくなるように設定されている。また、スプリング１５４の荷重がスプリング１５８の荷重よりも相当大きく設定されている。それにより、弁作動体１３４と弁駆動体２３２とが一体動作しているときにスプリング１５４が縮むことなく、比例弁３４および比例弁３７の弁開度を正確に制御できるようになっている。
【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、ポート１１０を冷媒が導入される共用の導入ポートとし、ポート１１２，１１４を冷媒が導出される個別の導出ポートとする例を示した。変形例においては、ポート１１２，１１４をそれぞれ冷媒が導入される個別の導入ポートとし、ポート１１０を冷媒が導出される共用の導出ポートとしてもよい。すなわち、複合弁を上記実施形態において冷媒の流れを逆方向とする制御弁として構成してもよい。そして、複合弁の出口側ではなく入口側の冷媒を背圧室に導入して背圧キャンセルを行う構成としてもよい。
【００７７】
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。
【００７８】
上記実施形態では、上記制御弁を電気自動車の冷暖房装置に適用する例を示したが、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の冷暖房装置に適用することが可能であることは言うまでもない。また、上記制御弁を作動流体としての冷媒の流れを制御する電気駆動弁として構成する例を示したが、冷媒以外の作動流体の流れを制御する電気駆動弁として構成することもできる。さらに、上記実施形態では、制御弁のアクチュエータとしてステッピングモータを用いる例を示したが、他の形式のモータあるいはソレノイドをアクチュエータとすることもできる。
【符号の説明】
【００７９】
２ 圧縮機、 ３ 室内凝縮器、 ４ 第１制御弁、 ５ 室外熱交換器、 ６ 第２制御弁、 ７ 蒸発器、 ８ アキュムレータ、 ９ 第３制御弁、 ３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７ 比例弁、 １００ 車両用冷暖房装置、 １０１ 弁本体、 １０２ モータユニット、 １０４ ボディ、 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、 １２８ ガイド孔、 １３２ 弁駆動体、 １３４ 弁作動体、 １３６ 伝達部材、 １３８ 共用弁体、 １４０ 区画部、 １４１ 第１弁体、 １４２ 第２弁体、 １４４ 弁孔、 １４６ 弁座、 １４８ 背圧室、 １５４，１５８ スプリング、 １７２ ロータ、 １７３ ステータ、 ２０１ 弁本体、 ２０４ 第１制御弁、 ２０５ ボディ、 ２３２ 弁駆動体、 ２４０ 区画部、 ２５０ 管路部材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１内部通路および第２内部通路が形成され、前記第１内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第１弁と、前記第２内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第２弁とを収容する共用のボディと、
前記第１弁と前記第２弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、
前記アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、
前記第１弁を開閉する第１弁体と前記第２弁を開閉する第２弁体とを一体に含み、前記弁作動体と一体変位可能に作動連結されることにより前記第１弁および前記第２弁の開閉方向に駆動される弁駆動体と、
前記第１弁または前記第２弁の開度の制御状態において前記弁作動体と前記弁駆動体とを作動連結し、前記第１弁および前記第２弁の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持可能な作動切替機構と、
前記弁駆動体と前記ボディとの間に背圧室を形成し、前記第１内部通路および前記第２内部通路の一方の作動流体をその背圧室に導入することにより、前記第１弁体と前記第２弁体の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造と、
を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記ボディに第１ポート、第２ポートおよび第３ポートが設けられ、
前記第１ポートと前記第２ポートとをつなぐ通路により前記第１内部通路が形成され、
前記第１ポートと前記第３ポートとをつなぐ通路により前記第２内部通路が形成され、
前記第１内部通路の中間部に第１弁孔が設けられ、
前記第２内部通路の中間部に第２弁孔が設けられ、
前記第１弁孔、前記第２弁孔および前記弁作動体が同一軸線上に設けられ、
前記弁駆動体は、
前記第１弁孔と前記第２弁孔との間に配置され、前記第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する前記第１弁体と、前記第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整する前記第２弁体とが一体に設けられた弁体部と、
前記弁体部を貫通するように連設され、軸線方向の一方の側に延出する管路部と、
前記管路部の前記弁体部と反対側端部に連設され、前記ボディとの間に前記背圧室を形成する区画部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記第１ポートが、前記第１内部通路と前記第２内部通路との共用通路に連通する共用ポートとして形成され、
前記第２ポートが、前記第３ポートよりも前記アクチュエータに近接して設けられ、
前記第３ポートが、前記第２ポートよりも前記アクチュエータから離間して設けられ、
前記管路部は、前記第１内部通路および前記第２内部通路の一方を横断するように前記弁体部の一方の側に延出し、他端部が前記第１内部通路および前記第２内部通路の他方に開口していることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記第１ポートが、作動流体を導入する導入ポートとして形成され、
前記第２ポートが、前記第１弁孔を通過した作動流体を導出する第１導出ポートとして構成され、
前記第３ポートが、前記第２弁孔を通過した作動流体を導出する第２導出ポートとして構成されていることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記管路部は、一端側が前記第１内部通路を横断するように延出し、他端側に前記第３ポートに連通する連通口を有し、
前記区画部が前記アクチュエータとの間に前記背圧室を形成することを特徴とする請求項３または４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記背圧キャンセル構造は、前記第１弁孔の有効径と、前記第２弁孔の有効径と、前記区画部の有効受圧径とをほぼ等しくすることにより実現されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の制御弁。
【請求項７】
前記区画部と前記ボディとの摺動部に設けられたシール部材をさらに備え、
前記作動切替機構は、
前記弁駆動体と前記弁作動体とを作動連結させる方向に付勢する付勢部材を含み、
前記付勢部材の付勢力が前記シール部材の摺動力よりも大きく設定されることにより、前記第１弁および前記第２弁の一方の開度の制御状態においては前記弁駆動体と前記弁作動体とが互いに係止されつつ一体変位可能に作動連結する状態を維持し、
前記第１弁および前記第２弁の少なくとも一方の閉弁状態において前記付勢部材が前記弁駆動体からの反力により変形することにより、前記弁駆動体と前記弁作動体とが相対変位可能に連結解除されるように構成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の制御弁。
【請求項８】
前記アクチュエータとして、回転駆動される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前記弁作動体の軸線方向の並進運動に変換する作動変換機構と、
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の制御弁。
【請求項１】
第１内部通路および第２内部通路が形成され、前記第１内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第１弁と、前記第２内部通路の作動流体の流れを調整するために開度が制御される第２弁とを収容する共用のボディと、
前記第１弁と前記第２弁の開度を電気的に調整するための共用のアクチュエータと、
前記アクチュエータにより軸線方向に駆動される弁作動体と、
前記第１弁を開閉する第１弁体と前記第２弁を開閉する第２弁体とを一体に含み、前記弁作動体と一体変位可能に作動連結されることにより前記第１弁および前記第２弁の開閉方向に駆動される弁駆動体と、
前記第１弁または前記第２弁の開度の制御状態において前記弁作動体と前記弁駆動体とを作動連結し、前記第１弁および前記第２弁の一方の開度の制御状態において他方を全開状態に維持可能な作動切替機構と、
前記弁駆動体と前記ボディとの間に背圧室を形成し、前記第１内部通路および前記第２内部通路の一方の作動流体をその背圧室に導入することにより、前記第１弁体と前記第２弁体の双方に作用する流体圧力の影響を同時にキャンセルする背圧キャンセル構造と、
を備えることを特徴とする制御弁。
【請求項２】
前記ボディに第１ポート、第２ポートおよび第３ポートが設けられ、
前記第１ポートと前記第２ポートとをつなぐ通路により前記第１内部通路が形成され、
前記第１ポートと前記第３ポートとをつなぐ通路により前記第２内部通路が形成され、
前記第１内部通路の中間部に第１弁孔が設けられ、
前記第２内部通路の中間部に第２弁孔が設けられ、
前記第１弁孔、前記第２弁孔および前記弁作動体が同一軸線上に設けられ、
前記弁駆動体は、
前記第１弁孔と前記第２弁孔との間に配置され、前記第１弁孔に接離して前記第１弁の開度を調整する前記第１弁体と、前記第２弁孔に接離して前記第２弁の開度を調整する前記第２弁体とが一体に設けられた弁体部と、
前記弁体部を貫通するように連設され、軸線方向の一方の側に延出する管路部と、
前記管路部の前記弁体部と反対側端部に連設され、前記ボディとの間に前記背圧室を形成する区画部と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の制御弁。
【請求項３】
前記第１ポートが、前記第１内部通路と前記第２内部通路との共用通路に連通する共用ポートとして形成され、
前記第２ポートが、前記第３ポートよりも前記アクチュエータに近接して設けられ、
前記第３ポートが、前記第２ポートよりも前記アクチュエータから離間して設けられ、
前記管路部は、前記第１内部通路および前記第２内部通路の一方を横断するように前記弁体部の一方の側に延出し、他端部が前記第１内部通路および前記第２内部通路の他方に開口していることを特徴とする請求項２に記載の制御弁。
【請求項４】
前記第１ポートが、作動流体を導入する導入ポートとして形成され、
前記第２ポートが、前記第１弁孔を通過した作動流体を導出する第１導出ポートとして構成され、
前記第３ポートが、前記第２弁孔を通過した作動流体を導出する第２導出ポートとして構成されていることを特徴とする請求項３に記載の制御弁。
【請求項５】
前記管路部は、一端側が前記第１内部通路を横断するように延出し、他端側に前記第３ポートに連通する連通口を有し、
前記区画部が前記アクチュエータとの間に前記背圧室を形成することを特徴とする請求項３または４に記載の制御弁。
【請求項６】
前記背圧キャンセル構造は、前記第１弁孔の有効径と、前記第２弁孔の有効径と、前記区画部の有効受圧径とをほぼ等しくすることにより実現されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の制御弁。
【請求項７】
前記区画部と前記ボディとの摺動部に設けられたシール部材をさらに備え、
前記作動切替機構は、
前記弁駆動体と前記弁作動体とを作動連結させる方向に付勢する付勢部材を含み、
前記付勢部材の付勢力が前記シール部材の摺動力よりも大きく設定されることにより、前記第１弁および前記第２弁の一方の開度の制御状態においては前記弁駆動体と前記弁作動体とが互いに係止されつつ一体変位可能に作動連結する状態を維持し、
前記第１弁および前記第２弁の少なくとも一方の閉弁状態において前記付勢部材が前記弁駆動体からの反力により変形することにより、前記弁駆動体と前記弁作動体とが相対変位可能に連結解除されるように構成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれかに記載の制御弁。
【請求項８】
前記アクチュエータとして、回転駆動される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前記弁作動体の軸線方向の並進運動に変換する作動変換機構と、
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１８４８３１（Ｐ２０１２−１８４８３１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０１００（Ｐ２０１１−５０１００）
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【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９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月８日（２０１１．３．８）
【出願人】（０００１３３６５２）株式会社テージーケー (280)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]