複合弁
【課題】小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図るべく、かつ、作動不良を引き起こし難い複合弁を提供する。
【解決手段】小流量制御用の第２弁体２４のリフト量が所定量以下のときは、パイロット弁体２７によりパイロット通路１９が閉じられるとともに、大流量制御用の第１弁体１５により第１弁口１３が閉じられて、第２弁体２４のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、第２弁体２４のリフト量が所定量を超えると、弁軸２５の上昇に伴ってパイロット弁体２７が上昇せしめられてパイロット通路１９を開き、これに伴い第１弁体１５が第１弁口１３を開く大流量制御状態をとるように構成される。
【解決手段】小流量制御用の第２弁体２４のリフト量が所定量以下のときは、パイロット弁体２７によりパイロット通路１９が閉じられるとともに、大流量制御用の第１弁体１５により第１弁口１３が閉じられて、第２弁体２４のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、第２弁体２４のリフト量が所定量を超えると、弁軸２５の上昇に伴ってパイロット弁体２７が上昇せしめられてパイロット通路１９を開き、これに伴い第１弁体１５が第１弁口１３を開く大流量制御状態をとるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式冷暖房システム等に使用するのに好適な複合弁に係り、特に、パイロット式の大流量用制御弁と小流量用制御弁とを備えた複合弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式冷暖房システムとしては、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁及び冷媒流路反転用の四方弁を備えたものが古くから良く知られている。
【０００３】
一方、車両用（例えば電気自動車用）のヒートポンプ式冷暖房システムとして、例えば特許文献１の図１に示されるように、冷媒の流れを反転させず、また冷房用膨張弁及び暖房用膨張弁を個別に備えたシステムが提案されている。
【０００４】
このようなシステムでは冷媒の流れを反転させないので、例えば同文献の図１に示された暖房用膨張弁（同文献の符号２４）に着目すると、この暖房用膨張弁には冷房用電磁弁（同文献の符号２６）が並列に設けられ、暖房時には冷房用電磁弁を閉じて暖房用膨張弁により冷媒を絞って暖房を行い、冷房時には上記冷房用電磁弁を開として暖房用膨張弁の入出口をバイパスさせ、該膨張弁に冷媒の絞りを行わせないようなシステムとなっている。
【０００５】
ところで、これらの膨張弁及びバイパス用の電磁弁をそれぞれ設けるとシステムが大型化すると共に、消費電力が大きくなる等のおそれがある。
【０００６】
そこで、これらの機能を一つの電動弁で達成することが考えられる。すなわち、例えば暖房時には電動弁により冷媒を絞り、冷房時には電動弁を全開とすれば良いことになる。
【０００７】
ここで、図８を用いて従来の電動弁の一例を説明する。
図示例の電動弁１’は、下部大径部２５ａと上部小径部２５ｂを有する弁軸２５と、弁室４１を有する弁本体４０と、この弁本体４０にその下端部が密封接合されたキャン６０と、このキャン６０の内周に所定の間隙αをあけて配在されたロータ３０と、このロータ３０を回転駆動すべく前記キャン６０に外嵌されたステータ５０Ａと、を備えている。
【０００８】
前記弁軸２５は、その下部大径部２５ａの下端部に特定形状（それぞれ所定の中心角を持つ二段の逆円錐台状）の弁体部４４が一体に設けられており、本電動弁１’では、この弁体部４４のリフト量を変化させることにより冷媒の通過流量を制御するようになっている。
【０００９】
前記弁本体４０の弁室４１には、その下部に前記弁体部４４が接離する弁口（オリフィス）４３付き弁座４２が設けられるとともに、その側部に第１入出口５’が開口せしめられ、また、弁本体４０の下部には、前記弁口４３に連なって第２入出口６’が設けられている。
【００１０】
前記ステータ５０Ａは、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３、及び樹脂モールドカバー５６等で構成され、前記ロータ３０やステータ５０Ａ等でステッピングモータ５０が構成され、該ステッピングモータ５０や後述する送りねじ（雌ねじ部３８、雄ねじ部４８）等で前記弁口４３に対する弁体部４４のリフト量（＝開度）を調整するための昇降駆動機構が構成される。
【００１１】
前記ロータ３０には、支持リング３６が一体的に結合されるとともに、この支持リング３６に、ガイドブッシュ４６の外周に配在された下方開口で筒状の弁軸ホルダ３２の上部突部が例えばかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。
【００１２】
また、弁本体４０の上部に設けられた嵌合穴４９には、筒状のガイドブッシュ４６の下端部が圧入固定され、このガイドブッシュ４６には弁軸２５（の下部大径部２５ａ）が摺動自在に内挿されている。また、前記ロータ３０の回転を利用して前記弁軸２５（弁体部４４）を昇降させるべく、前記ガイドブッシュ４６の外周に雄ねじ部４８が形成され、前記弁軸ホルダ３２の内周には雌ねじ部３８が形成されており、それら雄ねじ部４８と雌ねじ部３８とで送りねじが構成されている。
【００１３】
また、前記ガイドブッシュ４６の上部小径部４６ｂが弁軸ホルダ３２の上部に内挿されるとともに、弁軸ホルダ３２の天井部中央（に形成された通し穴）に弁軸２５の上部小径部２５ｂが挿通せしめられている。弁軸２５の上部小径部２５ｂの上端部にはプッシュナット３３が圧入固定されている。
【００１４】
また、前記弁軸２５は、該弁軸２５の上部小径部２５ｂに外挿され、かつ、弁軸ホルダ３２の天井部と弁軸２５における下部大径部２５ａの上端段丘面との間に縮装された圧縮コイルばねからなる閉弁ばね３４によって、常時下方（閉弁方向）に付勢されている。弁軸ホルダ３２の天井部上でプッシュナット３３の外周には、弁軸２５が開弁方向に移動して雌ねじ部３８及び雄ねじ部４８の螺合が外れた場合にこれを復帰させるためのコイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。
【００１５】
前記ガイドブッシュ４６には、前記ロータ３０が所定の閉弁位置まで回転下降せしめられた際、それ以上の回転下降を阻止するための回転下降ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）４７が固着され、弁軸ホルダ３２には前記ストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。
【００１６】
なお、前記閉弁ばね３４は、弁体部４４が弁口４３に着座する閉弁状態において所要のシール圧を得るため（漏れ防止）、及び、弁体部４４が弁口４３に衝接した際の衝撃を緩和するために配備されている。
【００１７】
このような構成とされた電動弁１’にあっては、モータ５０（ステータ５０Ａ）に第１態様で通電励磁パルスを供給することにより、弁本体４０に固定されたガイドブッシュ４６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ねじ部４８、３８のねじ送りにより、例えば弁軸ホルダ３２が下方に移動して弁体部４４が弁座４２に押し付けられて弁口４３が閉じられる。
【００１８】
弁口４３が閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体４７に衝接しておらず、弁体部４４が弁口４３を閉じたままロータ３０及び弁軸ホルダ３２はさらに回転下降する。この場合、弁軸２５（弁体部４４）は下降しないが、弁軸ホルダ３２は下降するため、閉弁ばね３４が所定量圧縮せしめられ、その結果、弁体部４４が弁座４３に強く押し付けられるとともに、弁軸ホルダ３２の回転下降により、上ストッパ体３７が下ストッパ体４７に衝接し、その後ステータ５０Ａに対するパルス供給が続行されても弁軸ホルダ３２の回転下降は強制的に停止される（全閉状態）。
【００１９】
一方、この全閉状態からステータ５０Ａに第２態様で通電励磁パルスを供給すると、弁本体４０に固定されたガイドブッシュ４６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が前記と逆方向に回転せしめられ、ねじ部４８、３８のねじ送りにより、今度は弁軸ホルダ３２が上方に移動する。この場合、弁軸ホルダ３２の回転上昇開始時点（パルス供給開始時点）では、閉弁ばね３４が前記のように所定量圧縮せしめられているので、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長するまでは、前記弁体部４４が弁座４２からは離れず閉弁状態（リフト量＝０）のままである。そして、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長した後、弁軸ホルダ３２がさらに回転上昇せしめられると、前記弁体部２４が弁座４２から離れて弁口４３が開かれ、冷媒が弁口４３を通過する。
【００２０】
この場合、ロータ３０の回転量により弁体部４４のリフト量、言い換えれば、弁口４３の実効開口面積（＝開度）を任意にきめ細かく調整することができ、ロータ３０の回転量は供給パルス数により制御されるため、冷媒流量を高精度に制御することができる。
【００２１】
したがって、かかる構成の電動弁１’を特許文献１に示されたような膨張弁及びバイパス弁の両機能を有する電動弁として採用する場合には、例えば冷房運転時はバイパス弁の機能を達成すべく圧力損失を可及的に低減するように最大開度（最大リフト量）とされ、例えば暖房運転時は膨張弁の機能を達成すべくその開度（リフト量）を調整し、弁開度すなわち冷媒流量をきめ細かく制御するようにされる。
【００２２】
ところが、当該電動弁１’をバイパス弁として機能させるには、圧力損失を最小限とする必要があり、この場合、その弁口径を当該ヒートポンプ式冷暖房サイクルの配管径と同一又はそれ以上の弁口径とする必要がある。例えば配管径が１０ｍｍであるとすれば、それ以上の弁口径が必要である。
【００２３】
この結果、駆動用アクチュエータに大きなトルクを要することになり、当該電動弁が大型化すると共に、消費電力が大きくなる。
【００２４】
一方で、当該電動弁１’を膨張弁として機能させるためには、その流量制御の分解能を上げる必要があるが、この場合、暖房運転時の微小流量制御状態から全開（流路バイパス状態）に至るまでに長時間がかかり、また、小流量制御時の開口隙間（弁体部と弁口との間の隙間）が非常に狭くなってその隙間に異物等が噛み込む恐れもある。
【００２５】
そこで、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立、及び小流量時から最大開度へ至るまでの時間の短縮を図るべく、下記特許文献２には、パイロット式の大流量用第１制御弁（第１弁体、第１弁口）と小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）を設けること、より詳細には、ピストン型の第１弁体により大口径の第１弁口を開閉し、該第１弁体とは別体の、弁軸の下部に設けられたニードル型の第２弁体により小口径の第２弁口を開閉するようになし、かつ、前記小流量用第２制御弁を大流量用第１制御弁のパイロット弁としても働かせるようにした複合弁が開示されている。
【００２６】
この複合弁では、前記弁軸（第２弁体）のリフト量が所定量以下のとき（第２制御弁開度が所定値以下のとき）は、第１弁体が第１弁口を閉じ、第２弁体により小流量用第２制御弁開度が制御される小流量制御状態となる。このときは、第２弁体のリフト量（第２制御弁開度）に応じた量の冷媒が、流入口→第１弁室→第１弁体外周面と第１弁室壁面との間に形成される摺動面間隙→背圧室→パイロット通路→第２弁室→第２弁口→流出通路→流出口へと流れる。そして、前記弁軸（第２弁体）のリフト量が前記所定量を超えると、背圧室から第２弁口を介して流出する冷媒量が小流量制御時より増加し、背圧室の圧力が下がり、やがて第１弁体に作用する閉弁力より開弁力の方が大きくなって第１弁体が第１弁口を開き、冷媒が流入口→第１弁室→第１弁口→流出口へと流れる大流量制御状態となる。
【００２７】
このように、第１弁体により大口径の第１弁口を開閉し、第２弁体により小口径の第２弁口を開閉するようになし、かつ、第２弁体を大流量用第１制御弁のパイロット弁としても働かせるようにすることにより、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立、及び低消費電力を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特許第３７９９７３２号公報
【特許文献２】特許第４４１６５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、前記特許文献２に所載の複合弁では、単一の小流量用第２制御弁に小流量時用の制御弁と大流量用第１制御弁に対するパイロット弁の役目を担わせているため、次のような改善すべき課題があった。すなわち、小流量制御から大流量制御に切り換えるには、小流量用第２制御弁を通過する冷媒流量を小流量制御時より大幅に増大させる必要があるため、第２弁口の口径（実効開口面積）等を、小流量制御に必要とされる口径等よりも相当大きく設定する必要がある。そのため、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招きやすくなり、また、小流量用第２制御弁の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定できず、小流量制御時の流量制御精度をさほど高くすることができない等の問題があった。
【００３０】
さらに、大流量用第１制御弁の開閉が、微妙に変化する第２弁体のリフト量に依存しているため、大流量用第１制御弁の開閉が所望のタイミングで行われないことが少なからずあり、また、小流量制御時においては、冷媒が第１弁体の摺動面間隙→背圧室→パイロット通路を介して流されるので、冷媒中に混入した微小異物による作動不良（例えば前記摺動面間隙に微小異物を噛み込んで第１弁体がロックしてしまうこと等）を引き起こやすいといった問題もある。
【００３１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図るべく、パイロット式の大流量用第１制御弁と小流量用第２制御弁とを備え、小流量用第２制御弁の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁の開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、かつ、作動不良を引き起こし難い複合弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る複合弁は、基本的には、ピストン型の第１弁体と、ニードル型の第２弁体が設けられた弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動手段と、前記弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動される大流量用第１制御弁用パイロット弁体と、流入口及び流出口が設けられた弁本体と、を備え、前記弁本体における前記流入口と流出口との間に、前記第１弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該第１弁体により背圧室と第１弁室とに仕切られた嵌挿室と、前記第１弁室に開口する第１弁口と、前記パイロット弁体及び第２弁体が昇降可能に配在された第２弁室と、前記流入口ないし第１弁室と前記第２弁室とを連通する第２弁口と、前記背圧室と前記第２弁室とを連通するパイロット通路と、が設けられ、前記第２弁体のリフト量が所定量以下のときは、前記パイロット弁体により前記パイロット通路が閉じられるとともに、前記第１弁体により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記パイロット弁体が上昇せしめられて前記パイロット通路を開き、これに伴い前記第１弁体が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成される。
【００３３】
好ましい態様では、前記パイロット弁体は、前記弁軸における前記第２弁体より上側に摺動自在に外挿されるとともに、前記パイロット通路を閉じるべくばね部材により下方に付勢され、かつ、前記第２弁体のリフト量が前記所定量からさらに増大せしめられると、前記弁軸に設けられた引っ掛け部により前記ばね部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされる。
【００３４】
他の好ましい態様では、前記第１弁体に、前記第１弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられる。
【００３５】
他の好ましい態様では、前記第１弁体と前記第２弁体とは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられる。
【００３６】
他の好ましい態様では、前記第１弁体は横向き、前記第２弁体は縦向きに配在される。
他の好ましい態様では、前記弁軸と前記第２弁体と前記第１弁体とが同一軸線上に配在される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る複合弁では、大流量用第１制御弁（第１弁体、第１弁口）と小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）とに加えて、第２弁体とは別体のパイロット弁体を備え、このパイロット弁体を弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動するようにされているので、小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁の開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、さらに、小流量制御時には、冷媒を従来のもののように摺動面間隙等の狭小部分を通すことなく流すようにされているので作動不良を引き起こし難くでき、その結果、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招くことなく、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る複合弁の第１実施例における第１の動作状態（全閉状態）を示す主要部縦断面図。
【図２】本発明に係る複合弁の第１実施例における第２の動作状態（小流量制御状態）を示す主要部縦断面図。
【図３】本発明に係る複合弁の第１実施例における第３の動作状態（小流量制御から大流量制御への切り換え直前状態）を示す主要部縦断面図。
【図４】本発明に係る複合弁の第１実施例における第４の動作状態（大流量制御状態）を示す主要部縦断面図。
【図５】本発明に係る複合弁の第２実施例における全閉状態を示す主要部縦断面図。
【図６】図５のＸ−Ｘ断面図。
【図７】本発明に係る複合弁の第３実施例における全閉状態を示す主要部縦断面図。
【図８】従来の電動弁の一例を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１〜図４は、本発明に係る複合弁の第１実施例を示す主要部拡大断面図であり、各図は異なる動作状態を示している。図示実施例の複合弁１のステッピングモータ５０部分は、図８に示される従来の電動弁１’のものとほぼ同じであるので、該部分は省略している。
【００４１】
図示第１実施例の複合弁１は、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図るべく、直方体状の弁本体１０と、パイロット式の大流量用第１制御弁４Ａ（第１弁体１５、第１弁口１３）と、小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）と、大流量用第１制御弁４Ａに対するパイロット弁４Ｃ（パイロット弁体２７、パイロット通路１９）を備え、大流量用第１制御弁４Ａと小流量用第２制御弁４Ｂとは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられている。
【００４２】
詳細には、弁本体１０は、一側中央付近に流入口５が設けられるとともに、他側下部に流出口６が設けられ、上部やや右寄りには上面開口の段付き凹穴７が設けられ、該凹穴７の下側で前記流入口５の右隣には下面開口の段付き下向き縦穴８が設けられている。
【００４３】
前記段付き凹穴７の上半部には、図８に示された前記従来の電動弁１’における弁本体４０の上部に相当するブッシュ保持体２８が例えば螺合により固定され、凹穴７におけるブッシュ保持体２８の下半部に設けられた天井面付き円筒部２８ｂより下側には第２弁室２１が画成され、また、凹穴７の底部中央には、前記モータ５０により昇降駆動される弁軸２５の下部に設けられた第２弁体２４が接離する、小口径の第２弁口２３付き第２弁座２２が設けられている。第２弁口２３は縦方向に延設され、その下部が後述する第１弁室１１に合体されている。また、凹穴７の底部には、第２弁室２１と流出口６とを連通する流出通路２９の上端が開口せしめられている。
【００４４】
また、前記弁軸２５における前記第２弁体２４より上側には、小径円筒部２７ａと大径円筒部２７ｂを有しその下面が開口したパイロット弁体２７（の上辺部２７ｃ）が摺動自在に外挿されている。このパイロット弁体２７は、後述する第１弁体１５を開閉方向に移動させるべく、その大径円筒部２７の円環状下端面により、前記下向き縦穴８（後述する背圧室１６）と前記第２弁室２１とを連通するパイロット通路１９を開閉するもので、ブッシュ保持体２８の円筒部２８ｂの天井面と大径円筒部２７ｂとの間に縮装された圧縮コイルばねからなるパイロット閉弁ばね２６により下方に付勢され、かつ、前記弁軸２５のリフト量が所定量Ｔｃを超えると、弁軸２５に設けられた鍔状引っ掛け部２５ｇにより前記パイロット閉弁ばね２６の付勢力に抗して引き上げられて前記パイロット通路１９を開くようにされている。言い換えれば、パイロット弁体２７は弁軸２５の昇降動作を利用して開閉駆動されるようになっている。
【００４５】
前記段付き下向き縦穴８における流入口５より若干下側には、大口径の第１弁口１３付き弁座１２を有する弁座部材１２Ａが螺合、あるいはその他の適宜の手法により固定されている。また、下向き縦穴８の下部は前記流出口６が開口せしめられ、その下端部は盲蓋９で閉塞されている。
【００４６】
前記下向き縦穴８における弁座部材１２Ａより上側は、ピストン型の第１弁体１５（の大径部１５ａ）が摺動自在に嵌挿される天井面１４ａ付き嵌挿室１４とされ、この嵌挿室１４における第１弁体１５（の大径部１５ａ）より上側に背圧室１６が画成されるとともに、第１弁体１５（の大径部１５ａ）より下側に第１弁室１１が画成されている。
【００４７】
第１弁体１５は、大径部１５ａと小径部１５ｂとを有する断面ボビン状外形を有し、その下端部に大流量用第１制御弁座１２に離接して第１弁口１３を開閉する、ゴムあるいはテフロン（登録商標）等からなる円環状のシール材１５ｃがかしめ等の適宜の手法により固定され、その上端面部には、嵌挿室１４の天井面に接当して第１弁体１５の上方移動限界を定める短円筒状の横孔１５ｉ付きストッパ１５ｄが突設され、また、大径部１５ａの外周にはシール材（ピストンリング）１５ｆが装着されている。
【００４８】
また、第１弁体１５を下方（閉弁方向）に付勢すべく、第１弁体１５の上部中央に設けられたばね受け穴１５ｈの底面と嵌挿室１４の天井面１４ａとの間に圧縮コイルばねからなる第１閉弁ばね１８が縮装されている。
【００４９】
さらに、第１弁体１５の小径部１５ｂには横貫通路１５ｇが設けられるとともに、その中央部には、横貫通路１５ｇを介して第１弁室１１と背圧室１６とを連通するための均圧孔１７が設けられている。
【００５０】
なお、横貫通路１５ｇは必ずしも必要ではなく（第１弁室１１が狭い場合は有効）、均圧孔１７を例えば小径部１５ｂの側面とばね受穴１５ｈに開口するように設け、これで直接第１弁室１１と背圧室１６とを連通させるようにしてもよい。
【００５１】
ここで、本実施例の複合弁１において、第１弁室１１の圧力をＰ１、背圧室１６の圧力をＰ２、第１弁口１３の圧力をＰ３、背圧室１６の水平断面積（第１弁体１５の受圧面積）をＡｐ、第１弁口１３の水平断面積をＡv、第１開弁ばね１８の付勢力をＰｆとし、第１弁体１５を押し上げる力を開弁力、第１弁体１５を押し下げる力を閉弁力とすれば、大流量用第１制御弁の開弁条件は、
閉弁力＝Ｐ２×Ａｐ＋Ｐｆ ＜ 開弁力＝Ｐ１×（Ａｐ−Ａv）＋Ｐ３×Ａv
となる。
【００５２】
このような構成とされた複合弁１においては、図１に示される如くに、第１弁体１５、第２弁体２４及びパイロット弁体２７が共に閉状態にあるときには、流入口５から第１弁室１１に導入された高圧の冷媒は、横貫通路１５ｇ及び均圧孔１７を介して背圧室１６に導入され、背圧室１６の圧力が高圧となるので、第１弁体１５が第１弁座１２に強く押し付けられる。
【００５３】
この状態から、モータ５０にパルス供給を行って弁軸２５すなわち第２弁体２４を上昇させると、図２、図３に示される如くに、第２弁口２３が開かれる。この場合、第２弁体２４のリフト量が所定量Ｔｃ以下のときは、パイロット弁体２７によりパイロット通路１９が閉じられるとともに、第１弁体１５により第１弁口１３が閉じられており、第２弁体２４のリフト量に応じて冷媒流量（第２制御弁開度）が制御される小流量制御状態となる。この小流量制御状態では、第２弁体２４のリフト量に応じた量の冷媒が、流入口５→第１弁室１１→第２弁口２３→第２弁室２１（パイロット弁４Ｃの内側）→流出通路２９→流出口６へと流れる。
【００５４】
そして、前記第２弁体２４のリフト量が前記所定量Ｔｃを超えると、図４に示される如くに、パイロット弁体２７が弁軸２５に設けられた鍔状引っ掛け部２５ｇにより閉弁ばね２６の付勢力に抗して引き上げられ、これによって、パイロット通路１９が開かれ、背圧室１６から冷媒がパイロット通路１９を介して第２弁室２１に導入され、ここから流出通路２９を介して流出口６に導かれる。これにより、背圧室１６の圧力が下がり、やがて第１弁体１５に作用する閉弁力より開弁力の方が大きくなって第１弁体１５が第１弁口１３を開き、冷媒が流入口５→第１弁室１１→第１弁口１３→流出口６へと流れる大流量制御状態となる。
【００５５】
以上の説明から理解されるように、本実施例の複合弁１では、大流量用第１制御弁４Ａ（第１弁体１５、第１弁口１３）と小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）とに加えて、第２弁体２４とは別体のパイロット弁体２７を備え、このパイロット弁体２７を弁軸２５の昇降動作を利用して開閉駆動するようにされているので、小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁４Ａの開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、さらに、小流量制御時には、冷媒を従来のもののように摺動面間隙等の狭小部分を通すことなく流すようにされているので作動不良を引き起こし難くでき、その結果、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招くことなく、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図ることができる。
【００５６】
なお、本発明に係る複合弁は、上記した第１実施例の複合弁１の構成に限られないことは勿論であり、様々な変更を加えることができる。
【００５７】
例えば、上記実施例においては、第１弁室１１と背圧室１６とを連通させるために、第１弁体１５に均圧孔１７が設けられるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されることはなく、第１弁体１５の大径部１５ａ外周に設けられたピストンリング１５ｆと嵌挿室１４との間に微少な隙間を設け、この隙間を介して第１弁室１１内の冷媒を背圧室１６に導入するようにしても良い。
【００５８】
また例えば、上記第１実施例では、第１弁体１５と第２弁体２４とは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられているが、図５、図６に示される第２実施例の複合弁２のように、第１弁体１５を横向き、第２弁体２４を縦向きに配在してもよく、また、図７に示される第３実施例の複合弁３のように、弁軸２５と第２弁体２４と第１弁体１５とを同一軸線（弁軸２５の回転軸線Ｏ）上に配在してもよい。
【００５９】
なお、図５、図６に示される第２実施例の複合弁２並びに図７に示される第３実施例の複合弁３において、図１〜図４に示される第１実施例の複合弁１の各部に対応する部分には同一の符号が付されている。この場合、第２実施例の複合弁２においては、第１実施例の複合弁１における下向き縦穴８が右向き横穴８’となっており、また、弁座部材１２Ａ’と盲蓋９’とは一体化されている。
【００６０】
また、本発明の複合弁は、ヒートポンプ式冷暖房システムに適用されるだけでなく、いかなるシステムのいかなる用途に適用されても良いことは当然である。
【符号の説明】
【００６１】
１、２、３ 複合弁
４Ａ 大流量用第１制御弁
４Ｂ 小流量用第２制御弁
４Ｃ パイロット弁
５ 流入口
６ 流出口
１０ 弁本体
１１ 第１弁室
１３ 第１弁口
１４ 嵌挿室
１５ 第１弁体
１６ 背圧室
１７ 均圧孔
１８ 第１閉弁ばね
１９ パイロット通路
２１ 第２弁室
２３ 第２弁口
２４ 第２弁体
２５ 弁軸
２５ｇ 鍔状引っ掛け部
２６ 第２閉弁ばね
２７ パイロット弁体
３０ ロータ
５０ ステッピングモータ
５０Ａ ステータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式冷暖房システム等に使用するのに好適な複合弁に係り、特に、パイロット式の大流量用制御弁と小流量用制御弁とを備えた複合弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートポンプ式冷暖房システムとしては、圧縮機、凝縮器、蒸発器、膨張弁及び冷媒流路反転用の四方弁を備えたものが古くから良く知られている。
【０００３】
一方、車両用（例えば電気自動車用）のヒートポンプ式冷暖房システムとして、例えば特許文献１の図１に示されるように、冷媒の流れを反転させず、また冷房用膨張弁及び暖房用膨張弁を個別に備えたシステムが提案されている。
【０００４】
このようなシステムでは冷媒の流れを反転させないので、例えば同文献の図１に示された暖房用膨張弁（同文献の符号２４）に着目すると、この暖房用膨張弁には冷房用電磁弁（同文献の符号２６）が並列に設けられ、暖房時には冷房用電磁弁を閉じて暖房用膨張弁により冷媒を絞って暖房を行い、冷房時には上記冷房用電磁弁を開として暖房用膨張弁の入出口をバイパスさせ、該膨張弁に冷媒の絞りを行わせないようなシステムとなっている。
【０００５】
ところで、これらの膨張弁及びバイパス用の電磁弁をそれぞれ設けるとシステムが大型化すると共に、消費電力が大きくなる等のおそれがある。
【０００６】
そこで、これらの機能を一つの電動弁で達成することが考えられる。すなわち、例えば暖房時には電動弁により冷媒を絞り、冷房時には電動弁を全開とすれば良いことになる。
【０００７】
ここで、図８を用いて従来の電動弁の一例を説明する。
図示例の電動弁１’は、下部大径部２５ａと上部小径部２５ｂを有する弁軸２５と、弁室４１を有する弁本体４０と、この弁本体４０にその下端部が密封接合されたキャン６０と、このキャン６０の内周に所定の間隙αをあけて配在されたロータ３０と、このロータ３０を回転駆動すべく前記キャン６０に外嵌されたステータ５０Ａと、を備えている。
【０００８】
前記弁軸２５は、その下部大径部２５ａの下端部に特定形状（それぞれ所定の中心角を持つ二段の逆円錐台状）の弁体部４４が一体に設けられており、本電動弁１’では、この弁体部４４のリフト量を変化させることにより冷媒の通過流量を制御するようになっている。
【０００９】
前記弁本体４０の弁室４１には、その下部に前記弁体部４４が接離する弁口（オリフィス）４３付き弁座４２が設けられるとともに、その側部に第１入出口５’が開口せしめられ、また、弁本体４０の下部には、前記弁口４３に連なって第２入出口６’が設けられている。
【００１０】
前記ステータ５０Ａは、ヨーク５１、ボビン５２、ステータコイル５３、及び樹脂モールドカバー５６等で構成され、前記ロータ３０やステータ５０Ａ等でステッピングモータ５０が構成され、該ステッピングモータ５０や後述する送りねじ（雌ねじ部３８、雄ねじ部４８）等で前記弁口４３に対する弁体部４４のリフト量（＝開度）を調整するための昇降駆動機構が構成される。
【００１１】
前記ロータ３０には、支持リング３６が一体的に結合されるとともに、この支持リング３６に、ガイドブッシュ４６の外周に配在された下方開口で筒状の弁軸ホルダ３２の上部突部が例えばかしめ固定され、これにより、ロータ３０、支持リング３６及び弁軸ホルダ３２が一体的に連結されている。
【００１２】
また、弁本体４０の上部に設けられた嵌合穴４９には、筒状のガイドブッシュ４６の下端部が圧入固定され、このガイドブッシュ４６には弁軸２５（の下部大径部２５ａ）が摺動自在に内挿されている。また、前記ロータ３０の回転を利用して前記弁軸２５（弁体部４４）を昇降させるべく、前記ガイドブッシュ４６の外周に雄ねじ部４８が形成され、前記弁軸ホルダ３２の内周には雌ねじ部３８が形成されており、それら雄ねじ部４８と雌ねじ部３８とで送りねじが構成されている。
【００１３】
また、前記ガイドブッシュ４６の上部小径部４６ｂが弁軸ホルダ３２の上部に内挿されるとともに、弁軸ホルダ３２の天井部中央（に形成された通し穴）に弁軸２５の上部小径部２５ｂが挿通せしめられている。弁軸２５の上部小径部２５ｂの上端部にはプッシュナット３３が圧入固定されている。
【００１４】
また、前記弁軸２５は、該弁軸２５の上部小径部２５ｂに外挿され、かつ、弁軸ホルダ３２の天井部と弁軸２５における下部大径部２５ａの上端段丘面との間に縮装された圧縮コイルばねからなる閉弁ばね３４によって、常時下方（閉弁方向）に付勢されている。弁軸ホルダ３２の天井部上でプッシュナット３３の外周には、弁軸２５が開弁方向に移動して雌ねじ部３８及び雄ねじ部４８の螺合が外れた場合にこれを復帰させるためのコイルばねからなる復帰ばね３５が設けられている。
【００１５】
前記ガイドブッシュ４６には、前記ロータ３０が所定の閉弁位置まで回転下降せしめられた際、それ以上の回転下降を阻止するための回転下降ストッパ機構の一方を構成する下ストッパ体（固定ストッパ）４７が固着され、弁軸ホルダ３２には前記ストッパ機構の他方を構成する上ストッパ体（移動ストッパ）３７が固着されている。
【００１６】
なお、前記閉弁ばね３４は、弁体部４４が弁口４３に着座する閉弁状態において所要のシール圧を得るため（漏れ防止）、及び、弁体部４４が弁口４３に衝接した際の衝撃を緩和するために配備されている。
【００１７】
このような構成とされた電動弁１’にあっては、モータ５０（ステータ５０Ａ）に第１態様で通電励磁パルスを供給することにより、弁本体４０に固定されたガイドブッシュ４６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が一方向に回転せしめられ、ねじ部４８、３８のねじ送りにより、例えば弁軸ホルダ３２が下方に移動して弁体部４４が弁座４２に押し付けられて弁口４３が閉じられる。
【００１８】
弁口４３が閉じられた時点では、上ストッパ体３７は未だ下ストッパ体４７に衝接しておらず、弁体部４４が弁口４３を閉じたままロータ３０及び弁軸ホルダ３２はさらに回転下降する。この場合、弁軸２５（弁体部４４）は下降しないが、弁軸ホルダ３２は下降するため、閉弁ばね３４が所定量圧縮せしめられ、その結果、弁体部４４が弁座４３に強く押し付けられるとともに、弁軸ホルダ３２の回転下降により、上ストッパ体３７が下ストッパ体４７に衝接し、その後ステータ５０Ａに対するパルス供給が続行されても弁軸ホルダ３２の回転下降は強制的に停止される（全閉状態）。
【００１９】
一方、この全閉状態からステータ５０Ａに第２態様で通電励磁パルスを供給すると、弁本体４０に固定されたガイドブッシュ４６に対し、ロータ３０及び弁軸ホルダ３２が前記と逆方向に回転せしめられ、ねじ部４８、３８のねじ送りにより、今度は弁軸ホルダ３２が上方に移動する。この場合、弁軸ホルダ３２の回転上昇開始時点（パルス供給開始時点）では、閉弁ばね３４が前記のように所定量圧縮せしめられているので、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長するまでは、前記弁体部４４が弁座４２からは離れず閉弁状態（リフト量＝０）のままである。そして、閉弁ばね３４が前記所定量分伸長した後、弁軸ホルダ３２がさらに回転上昇せしめられると、前記弁体部２４が弁座４２から離れて弁口４３が開かれ、冷媒が弁口４３を通過する。
【００２０】
この場合、ロータ３０の回転量により弁体部４４のリフト量、言い換えれば、弁口４３の実効開口面積（＝開度）を任意にきめ細かく調整することができ、ロータ３０の回転量は供給パルス数により制御されるため、冷媒流量を高精度に制御することができる。
【００２１】
したがって、かかる構成の電動弁１’を特許文献１に示されたような膨張弁及びバイパス弁の両機能を有する電動弁として採用する場合には、例えば冷房運転時はバイパス弁の機能を達成すべく圧力損失を可及的に低減するように最大開度（最大リフト量）とされ、例えば暖房運転時は膨張弁の機能を達成すべくその開度（リフト量）を調整し、弁開度すなわち冷媒流量をきめ細かく制御するようにされる。
【００２２】
ところが、当該電動弁１’をバイパス弁として機能させるには、圧力損失を最小限とする必要があり、この場合、その弁口径を当該ヒートポンプ式冷暖房サイクルの配管径と同一又はそれ以上の弁口径とする必要がある。例えば配管径が１０ｍｍであるとすれば、それ以上の弁口径が必要である。
【００２３】
この結果、駆動用アクチュエータに大きなトルクを要することになり、当該電動弁が大型化すると共に、消費電力が大きくなる。
【００２４】
一方で、当該電動弁１’を膨張弁として機能させるためには、その流量制御の分解能を上げる必要があるが、この場合、暖房運転時の微小流量制御状態から全開（流路バイパス状態）に至るまでに長時間がかかり、また、小流量制御時の開口隙間（弁体部と弁口との間の隙間）が非常に狭くなってその隙間に異物等が噛み込む恐れもある。
【００２５】
そこで、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立、及び小流量時から最大開度へ至るまでの時間の短縮を図るべく、下記特許文献２には、パイロット式の大流量用第１制御弁（第１弁体、第１弁口）と小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）を設けること、より詳細には、ピストン型の第１弁体により大口径の第１弁口を開閉し、該第１弁体とは別体の、弁軸の下部に設けられたニードル型の第２弁体により小口径の第２弁口を開閉するようになし、かつ、前記小流量用第２制御弁を大流量用第１制御弁のパイロット弁としても働かせるようにした複合弁が開示されている。
【００２６】
この複合弁では、前記弁軸（第２弁体）のリフト量が所定量以下のとき（第２制御弁開度が所定値以下のとき）は、第１弁体が第１弁口を閉じ、第２弁体により小流量用第２制御弁開度が制御される小流量制御状態となる。このときは、第２弁体のリフト量（第２制御弁開度）に応じた量の冷媒が、流入口→第１弁室→第１弁体外周面と第１弁室壁面との間に形成される摺動面間隙→背圧室→パイロット通路→第２弁室→第２弁口→流出通路→流出口へと流れる。そして、前記弁軸（第２弁体）のリフト量が前記所定量を超えると、背圧室から第２弁口を介して流出する冷媒量が小流量制御時より増加し、背圧室の圧力が下がり、やがて第１弁体に作用する閉弁力より開弁力の方が大きくなって第１弁体が第１弁口を開き、冷媒が流入口→第１弁室→第１弁口→流出口へと流れる大流量制御状態となる。
【００２７】
このように、第１弁体により大口径の第１弁口を開閉し、第２弁体により小口径の第２弁口を開閉するようになし、かつ、第２弁体を大流量用第１制御弁のパイロット弁としても働かせるようにすることにより、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立、及び低消費電力を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特許第３７９９７３２号公報
【特許文献２】特許第４４１６５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
しかしながら、前記特許文献２に所載の複合弁では、単一の小流量用第２制御弁に小流量時用の制御弁と大流量用第１制御弁に対するパイロット弁の役目を担わせているため、次のような改善すべき課題があった。すなわち、小流量制御から大流量制御に切り換えるには、小流量用第２制御弁を通過する冷媒流量を小流量制御時より大幅に増大させる必要があるため、第２弁口の口径（実効開口面積）等を、小流量制御に必要とされる口径等よりも相当大きく設定する必要がある。そのため、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招きやすくなり、また、小流量用第２制御弁の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定できず、小流量制御時の流量制御精度をさほど高くすることができない等の問題があった。
【００３０】
さらに、大流量用第１制御弁の開閉が、微妙に変化する第２弁体のリフト量に依存しているため、大流量用第１制御弁の開閉が所望のタイミングで行われないことが少なからずあり、また、小流量制御時においては、冷媒が第１弁体の摺動面間隙→背圧室→パイロット通路を介して流されるので、冷媒中に混入した微小異物による作動不良（例えば前記摺動面間隙に微小異物を噛み込んで第１弁体がロックしてしまうこと等）を引き起こやすいといった問題もある。
【００３１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図るべく、パイロット式の大流量用第１制御弁と小流量用第２制御弁とを備え、小流量用第２制御弁の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁の開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、かつ、作動不良を引き起こし難い複合弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る複合弁は、基本的には、ピストン型の第１弁体と、ニードル型の第２弁体が設けられた弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動手段と、前記弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動される大流量用第１制御弁用パイロット弁体と、流入口及び流出口が設けられた弁本体と、を備え、前記弁本体における前記流入口と流出口との間に、前記第１弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該第１弁体により背圧室と第１弁室とに仕切られた嵌挿室と、前記第１弁室に開口する第１弁口と、前記パイロット弁体及び第２弁体が昇降可能に配在された第２弁室と、前記流入口ないし第１弁室と前記第２弁室とを連通する第２弁口と、前記背圧室と前記第２弁室とを連通するパイロット通路と、が設けられ、前記第２弁体のリフト量が所定量以下のときは、前記パイロット弁体により前記パイロット通路が閉じられるとともに、前記第１弁体により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記パイロット弁体が上昇せしめられて前記パイロット通路を開き、これに伴い前記第１弁体が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成される。
【００３３】
好ましい態様では、前記パイロット弁体は、前記弁軸における前記第２弁体より上側に摺動自在に外挿されるとともに、前記パイロット通路を閉じるべくばね部材により下方に付勢され、かつ、前記第２弁体のリフト量が前記所定量からさらに増大せしめられると、前記弁軸に設けられた引っ掛け部により前記ばね部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされる。
【００３４】
他の好ましい態様では、前記第１弁体に、前記第１弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられる。
【００３５】
他の好ましい態様では、前記第１弁体と前記第２弁体とは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられる。
【００３６】
他の好ましい態様では、前記第１弁体は横向き、前記第２弁体は縦向きに配在される。
他の好ましい態様では、前記弁軸と前記第２弁体と前記第１弁体とが同一軸線上に配在される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る複合弁では、大流量用第１制御弁（第１弁体、第１弁口）と小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）とに加えて、第２弁体とは別体のパイロット弁体を備え、このパイロット弁体を弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動するようにされているので、小流量用第２制御弁（第２弁体、第２弁口）の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁の開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、さらに、小流量制御時には、冷媒を従来のもののように摺動面間隙等の狭小部分を通すことなく流すようにされているので作動不良を引き起こし難くでき、その結果、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招くことなく、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る複合弁の第１実施例における第１の動作状態（全閉状態）を示す主要部縦断面図。
【図２】本発明に係る複合弁の第１実施例における第２の動作状態（小流量制御状態）を示す主要部縦断面図。
【図３】本発明に係る複合弁の第１実施例における第３の動作状態（小流量制御から大流量制御への切り換え直前状態）を示す主要部縦断面図。
【図４】本発明に係る複合弁の第１実施例における第４の動作状態（大流量制御状態）を示す主要部縦断面図。
【図５】本発明に係る複合弁の第２実施例における全閉状態を示す主要部縦断面図。
【図６】図５のＸ−Ｘ断面図。
【図７】本発明に係る複合弁の第３実施例における全閉状態を示す主要部縦断面図。
【図８】従来の電動弁の一例を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
【００４０】
図１〜図４は、本発明に係る複合弁の第１実施例を示す主要部拡大断面図であり、各図は異なる動作状態を示している。図示実施例の複合弁１のステッピングモータ５０部分は、図８に示される従来の電動弁１’のものとほぼ同じであるので、該部分は省略している。
【００４１】
図示第１実施例の複合弁１は、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図るべく、直方体状の弁本体１０と、パイロット式の大流量用第１制御弁４Ａ（第１弁体１５、第１弁口１３）と、小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）と、大流量用第１制御弁４Ａに対するパイロット弁４Ｃ（パイロット弁体２７、パイロット通路１９）を備え、大流量用第１制御弁４Ａと小流量用第２制御弁４Ｂとは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられている。
【００４２】
詳細には、弁本体１０は、一側中央付近に流入口５が設けられるとともに、他側下部に流出口６が設けられ、上部やや右寄りには上面開口の段付き凹穴７が設けられ、該凹穴７の下側で前記流入口５の右隣には下面開口の段付き下向き縦穴８が設けられている。
【００４３】
前記段付き凹穴７の上半部には、図８に示された前記従来の電動弁１’における弁本体４０の上部に相当するブッシュ保持体２８が例えば螺合により固定され、凹穴７におけるブッシュ保持体２８の下半部に設けられた天井面付き円筒部２８ｂより下側には第２弁室２１が画成され、また、凹穴７の底部中央には、前記モータ５０により昇降駆動される弁軸２５の下部に設けられた第２弁体２４が接離する、小口径の第２弁口２３付き第２弁座２２が設けられている。第２弁口２３は縦方向に延設され、その下部が後述する第１弁室１１に合体されている。また、凹穴７の底部には、第２弁室２１と流出口６とを連通する流出通路２９の上端が開口せしめられている。
【００４４】
また、前記弁軸２５における前記第２弁体２４より上側には、小径円筒部２７ａと大径円筒部２７ｂを有しその下面が開口したパイロット弁体２７（の上辺部２７ｃ）が摺動自在に外挿されている。このパイロット弁体２７は、後述する第１弁体１５を開閉方向に移動させるべく、その大径円筒部２７の円環状下端面により、前記下向き縦穴８（後述する背圧室１６）と前記第２弁室２１とを連通するパイロット通路１９を開閉するもので、ブッシュ保持体２８の円筒部２８ｂの天井面と大径円筒部２７ｂとの間に縮装された圧縮コイルばねからなるパイロット閉弁ばね２６により下方に付勢され、かつ、前記弁軸２５のリフト量が所定量Ｔｃを超えると、弁軸２５に設けられた鍔状引っ掛け部２５ｇにより前記パイロット閉弁ばね２６の付勢力に抗して引き上げられて前記パイロット通路１９を開くようにされている。言い換えれば、パイロット弁体２７は弁軸２５の昇降動作を利用して開閉駆動されるようになっている。
【００４５】
前記段付き下向き縦穴８における流入口５より若干下側には、大口径の第１弁口１３付き弁座１２を有する弁座部材１２Ａが螺合、あるいはその他の適宜の手法により固定されている。また、下向き縦穴８の下部は前記流出口６が開口せしめられ、その下端部は盲蓋９で閉塞されている。
【００４６】
前記下向き縦穴８における弁座部材１２Ａより上側は、ピストン型の第１弁体１５（の大径部１５ａ）が摺動自在に嵌挿される天井面１４ａ付き嵌挿室１４とされ、この嵌挿室１４における第１弁体１５（の大径部１５ａ）より上側に背圧室１６が画成されるとともに、第１弁体１５（の大径部１５ａ）より下側に第１弁室１１が画成されている。
【００４７】
第１弁体１５は、大径部１５ａと小径部１５ｂとを有する断面ボビン状外形を有し、その下端部に大流量用第１制御弁座１２に離接して第１弁口１３を開閉する、ゴムあるいはテフロン（登録商標）等からなる円環状のシール材１５ｃがかしめ等の適宜の手法により固定され、その上端面部には、嵌挿室１４の天井面に接当して第１弁体１５の上方移動限界を定める短円筒状の横孔１５ｉ付きストッパ１５ｄが突設され、また、大径部１５ａの外周にはシール材（ピストンリング）１５ｆが装着されている。
【００４８】
また、第１弁体１５を下方（閉弁方向）に付勢すべく、第１弁体１５の上部中央に設けられたばね受け穴１５ｈの底面と嵌挿室１４の天井面１４ａとの間に圧縮コイルばねからなる第１閉弁ばね１８が縮装されている。
【００４９】
さらに、第１弁体１５の小径部１５ｂには横貫通路１５ｇが設けられるとともに、その中央部には、横貫通路１５ｇを介して第１弁室１１と背圧室１６とを連通するための均圧孔１７が設けられている。
【００５０】
なお、横貫通路１５ｇは必ずしも必要ではなく（第１弁室１１が狭い場合は有効）、均圧孔１７を例えば小径部１５ｂの側面とばね受穴１５ｈに開口するように設け、これで直接第１弁室１１と背圧室１６とを連通させるようにしてもよい。
【００５１】
ここで、本実施例の複合弁１において、第１弁室１１の圧力をＰ１、背圧室１６の圧力をＰ２、第１弁口１３の圧力をＰ３、背圧室１６の水平断面積（第１弁体１５の受圧面積）をＡｐ、第１弁口１３の水平断面積をＡv、第１開弁ばね１８の付勢力をＰｆとし、第１弁体１５を押し上げる力を開弁力、第１弁体１５を押し下げる力を閉弁力とすれば、大流量用第１制御弁の開弁条件は、
閉弁力＝Ｐ２×Ａｐ＋Ｐｆ ＜ 開弁力＝Ｐ１×（Ａｐ−Ａv）＋Ｐ３×Ａv
となる。
【００５２】
このような構成とされた複合弁１においては、図１に示される如くに、第１弁体１５、第２弁体２４及びパイロット弁体２７が共に閉状態にあるときには、流入口５から第１弁室１１に導入された高圧の冷媒は、横貫通路１５ｇ及び均圧孔１７を介して背圧室１６に導入され、背圧室１６の圧力が高圧となるので、第１弁体１５が第１弁座１２に強く押し付けられる。
【００５３】
この状態から、モータ５０にパルス供給を行って弁軸２５すなわち第２弁体２４を上昇させると、図２、図３に示される如くに、第２弁口２３が開かれる。この場合、第２弁体２４のリフト量が所定量Ｔｃ以下のときは、パイロット弁体２７によりパイロット通路１９が閉じられるとともに、第１弁体１５により第１弁口１３が閉じられており、第２弁体２４のリフト量に応じて冷媒流量（第２制御弁開度）が制御される小流量制御状態となる。この小流量制御状態では、第２弁体２４のリフト量に応じた量の冷媒が、流入口５→第１弁室１１→第２弁口２３→第２弁室２１（パイロット弁４Ｃの内側）→流出通路２９→流出口６へと流れる。
【００５４】
そして、前記第２弁体２４のリフト量が前記所定量Ｔｃを超えると、図４に示される如くに、パイロット弁体２７が弁軸２５に設けられた鍔状引っ掛け部２５ｇにより閉弁ばね２６の付勢力に抗して引き上げられ、これによって、パイロット通路１９が開かれ、背圧室１６から冷媒がパイロット通路１９を介して第２弁室２１に導入され、ここから流出通路２９を介して流出口６に導かれる。これにより、背圧室１６の圧力が下がり、やがて第１弁体１５に作用する閉弁力より開弁力の方が大きくなって第１弁体１５が第１弁口１３を開き、冷媒が流入口５→第１弁室１１→第１弁口１３→流出口６へと流れる大流量制御状態となる。
【００５５】
以上の説明から理解されるように、本実施例の複合弁１では、大流量用第１制御弁４Ａ（第１弁体１５、第１弁口１３）と小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）とに加えて、第２弁体２４とは別体のパイロット弁体２７を備え、このパイロット弁体２７を弁軸２５の昇降動作を利用して開閉駆動するようにされているので、小流量用第２制御弁４Ｂ（第２弁体２４、第２弁口２３）の寸法形状等を小流量制御に最適なものに設定することができるとともに、大流量用第１制御弁４Ａの開閉を所望のタイミングで確実に行うことができ、さらに、小流量制御時には、冷媒を従来のもののように摺動面間隙等の狭小部分を通すことなく流すようにされているので作動不良を引き起こし難くでき、その結果、動作負荷の増大、駆動部（モータ部分）や弁本体の大型化を招くことなく、小流量時の流量制御精度の向上と制御可能流量の増大化（圧力損失の低減化）との両立を図ることができる。
【００５６】
なお、本発明に係る複合弁は、上記した第１実施例の複合弁１の構成に限られないことは勿論であり、様々な変更を加えることができる。
【００５７】
例えば、上記実施例においては、第１弁室１１と背圧室１６とを連通させるために、第１弁体１５に均圧孔１７が設けられるものとして説明したが、本発明はこれのみに限定されることはなく、第１弁体１５の大径部１５ａ外周に設けられたピストンリング１５ｆと嵌挿室１４との間に微少な隙間を設け、この隙間を介して第１弁室１１内の冷媒を背圧室１６に導入するようにしても良い。
【００５８】
また例えば、上記第１実施例では、第１弁体１５と第２弁体２４とは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられているが、図５、図６に示される第２実施例の複合弁２のように、第１弁体１５を横向き、第２弁体２４を縦向きに配在してもよく、また、図７に示される第３実施例の複合弁３のように、弁軸２５と第２弁体２４と第１弁体１５とを同一軸線（弁軸２５の回転軸線Ｏ）上に配在してもよい。
【００５９】
なお、図５、図６に示される第２実施例の複合弁２並びに図７に示される第３実施例の複合弁３において、図１〜図４に示される第１実施例の複合弁１の各部に対応する部分には同一の符号が付されている。この場合、第２実施例の複合弁２においては、第１実施例の複合弁１における下向き縦穴８が右向き横穴８’となっており、また、弁座部材１２Ａ’と盲蓋９’とは一体化されている。
【００６０】
また、本発明の複合弁は、ヒートポンプ式冷暖房システムに適用されるだけでなく、いかなるシステムのいかなる用途に適用されても良いことは当然である。
【符号の説明】
【００６１】
１、２、３ 複合弁
４Ａ 大流量用第１制御弁
４Ｂ 小流量用第２制御弁
４Ｃ パイロット弁
５ 流入口
６ 流出口
１０ 弁本体
１１ 第１弁室
１３ 第１弁口
１４ 嵌挿室
１５ 第１弁体
１６ 背圧室
１７ 均圧孔
１８ 第１閉弁ばね
１９ パイロット通路
２１ 第２弁室
２３ 第２弁口
２４ 第２弁体
２５ 弁軸
２５ｇ 鍔状引っ掛け部
２６ 第２閉弁ばね
２７ パイロット弁体
３０ ロータ
５０ ステッピングモータ
５０Ａ ステータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン型の第１弁体と、ニードル型の第２弁体が設けられた弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動手段と、前記弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動されるパイロット弁体と、流入口及び流出口が設けられた弁本体と、を備え、
前記弁本体における前記流入口と流出口との間に、前記第１弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該第１弁体により背圧室と第１弁室とに仕切られた嵌挿室と、前記第１弁室に開口する第１弁口と、前記パイロット弁体及び第２弁体が昇降可能に配在された第２弁室と、前記流入口ないし第１弁室と前記第２弁室とを連通する第２弁口と、前記背圧室と前記第２弁室とを連通するパイロット通路と、が設けられ、
前記第２弁体のリフト量が所定量以下のときは、前記パイロット弁体により前記パイロット通路が閉じられるとともに、前記第１弁体により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記パイロット弁体が上昇せしめられて前記パイロット通路を開き、これに伴い前記第１弁体が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成された複合弁。
【請求項２】
前記パイロット弁体は、前記弁軸における前記第２弁体より上側に摺動自在に外挿されるとともに、前記パイロット通路を閉じるべくばね部材により下方に付勢され、かつ、前記第２弁体のリフト量が前記所定量からさらに増大せしめられると、前記弁軸に設けられた引っ掛け部により前記ばね部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の複合弁。
【請求項３】
前記第１弁体に、前記第１弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合弁。
【請求項４】
前記第１弁体と前記第２弁体とは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合弁。
【請求項５】
前記第１弁体は横向き、前記第２弁体は縦向きに配在されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合弁。
【請求項６】
前記弁軸と前記第２弁体と前記第１弁体とが同一軸線上に配在されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合弁。
【請求項１】
ピストン型の第１弁体と、ニードル型の第２弁体が設けられた弁軸と、該弁軸を昇降させるための昇降駆動手段と、前記弁軸の昇降動作を利用して開閉駆動されるパイロット弁体と、流入口及び流出口が設けられた弁本体と、を備え、
前記弁本体における前記流入口と流出口との間に、前記第１弁体が摺動自在に嵌挿されるとともに、該第１弁体により背圧室と第１弁室とに仕切られた嵌挿室と、前記第１弁室に開口する第１弁口と、前記パイロット弁体及び第２弁体が昇降可能に配在された第２弁室と、前記流入口ないし第１弁室と前記第２弁室とを連通する第２弁口と、前記背圧室と前記第２弁室とを連通するパイロット通路と、が設けられ、
前記第２弁体のリフト量が所定量以下のときは、前記パイロット弁体により前記パイロット通路が閉じられるとともに、前記第１弁体により前記第１弁口が閉じられ、前記第２弁体のリフト量に応じて流量が制御される小流量制御状態をとり、前記第２弁体のリフト量が前記所定量を超えると、前記弁軸の上昇に伴って前記パイロット弁体が上昇せしめられて前記パイロット通路を開き、これに伴い前記第１弁体が前記第１弁口を開く大流量制御状態をとるように構成された複合弁。
【請求項２】
前記パイロット弁体は、前記弁軸における前記第２弁体より上側に摺動自在に外挿されるとともに、前記パイロット通路を閉じるべくばね部材により下方に付勢され、かつ、前記第２弁体のリフト量が前記所定量からさらに増大せしめられると、前記弁軸に設けられた引っ掛け部により前記ばね部材の付勢力に抗して引き上げられるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の複合弁。
【請求項３】
前記第１弁体に、前記第１弁室と前記背圧室とを連通する均圧孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合弁。
【請求項４】
前記第１弁体と前記第２弁体とは共に縦向きに配在されるとともに、相互に所定距離だけ横方向に離隔せしめられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合弁。
【請求項５】
前記第１弁体は横向き、前記第２弁体は縦向きに配在されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合弁。
【請求項６】
前記弁軸と前記第２弁体と前記第１弁体とが同一軸線上に配在されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の複合弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２０２４９９（Ｐ２０１２−２０２４９９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８４５１（Ｐ２０１１−６８４５１）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（３９１００２１６６）株式会社不二工機 (451)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（３９１００２１６６）株式会社不二工機 (451)
【Ｆターム（参考）】
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